粤教版高中物理选择性必修第一册第二章第一节简谐运动课件

解析：速度方向即振子运动方向，则B→O位移向左为负，速度向右 为正，A正确；O→C位移向右为正，速度向右为正，B错误；C→O 位移向右为正，速度向左为负，C错误；O→B位移向左为负，速度 向左为负，D错误．故选A.
答案：A
理解振动位移应明确三个点 (1)物体原来静止时的位置为平衡位置． (2)振动位移的大小等于物体所在位置到平衡位置的距离． (3)振动位移的方向总是从平衡位置指向物体所在位置．
振子的运动
位移
方向 大小
方向 回复力
大小
方向 加速度
大小
速度
方向 大小
振子的动能
弹簧的势能
系统总能量
A→O 向右 减小 向左 减小 向左 减小 向左 增大 增大 减小 不变
O→A′ 向左 增大 向右 增大 向右 增大 向左 减小 减小 增大 不变
A′→O 向左 减小 向右 减小 向右 减小 向右 增大 增大 减小 不变
探究二 简谐运动及其图像分析
1．对x-t图像的理解． x-t图像上的x坐标表示振子相对平衡位置的位移，也表示振子的位置 坐标．它反映了振子位移随时间变化的规律． 注意：x-t图像不是振子的运动轨迹． 2．图像的应用． (1)可直接读出不同时刻t的位移x值．位于t轴上方的x值表示位移为正， 位于t轴下方的x值表示位移为负，如图甲所示．
运动
动能和弹性势能的变化情况
知识点一 简谐振动 1．机械振动：物体在一个位置(平衡位置)两侧所做的往复运动，叫 机械振动，简称振动． 2.弹簧振子：如图所示，把一个有孔的小球装在弹簧 的一端，弹簧的另一端固定，小球穿在光滑的杆上， 能够自由滑动，弹簧的质量与小球的质量相比可以忽略，这样的系 统称为弹簧振子． 3．回复力：能使振子返回平衡位置的力，其方向总是跟振子偏离平 衡位置的位移相反，总指向平衡位置． 4．简谐振动：物体在回复力作用下的振动．
答案：AB
2.(多选)如图所示的弹簧振子，O点为它的平衡位置， 关于振子的运动，下列说法正确的是( ) A．振子从A点运动到C点时位移大小为OC，方向向右 B．振子从C点运动到A点时位移大小为CA，方向向右 C．振子从A点运动到C点的过程中，速度在增大，加速度在减小 D．振子从A点运动到O点的过程中，速度先增大后减小，加速度先 减小后增大 解析：振子从A点运动到C点时的位移是以O点为起点，C点为终点， 故大小为OC，方向向右，A正确；振子从C点运动到A点时位移是以 O点为起点，A点为终点，故大小为OA，方向向右，B错误；振子的 合外力为弹簧的弹力，振子从A点运动到C点的过程和从A点运动到O 点的过程中，弹力都在减小，故加速度都在减小，速度方向与加速 度方向相同，故速度在增大，C正确，D错误． 答案：AC
知识点二 简谐运动 1．全振动：振子从初始位置再次按原方向回到初始位置的一个完整 的振动过程叫一次全振动． 2．简谐运动：如果振子的位移与时间的函数为正弦或余弦函数，具 有这种特征的运动叫作简谐运动． 3．振幅：物体振动时离开平衡位置的最大距离． 4．周期：物体完成一次全振动所需要的时间，符号T.
(2)速度及其变化． 振子在平衡位置处速度最大，在最大位移处速度为零．振子由平衡 位置向最大位移处运动时，速度减小；振子由最大位移处向平衡位 置运动时，速度增大． (3)加速度及其变化． 水平弹簧振子所受弹簧的弹力是振子受到的合力(回复力)，竖直弹簧 振子所受的重力与弹力之和是振子受到的合力(回复力)．不论是水平 弹簧振子还是竖直弹簧振子，均满足：在平衡位置处所受的合力(回 复力)为零，加速度为零；而在最大位移处所受的合力(回复力)最大， 加速度最大．
5．频率：物体在一段时间内完成率的关系为 f＝T1.
知识点三 简谐运动的能量特征 1．周期性往复运动：在回复力的作用下，振子振动过程中离开平衡 位置的距离、加速度、速度、动能、弹性势能等在每个周期里完全 重复． 2．平衡位置：位移、回复力、加速度和弹性势能为零，速度和动能 最大． 3．振幅位置：速度和动能为零，位移、回复力、加速度和弹性势能 最大． 4．弹簧振子在振动过程中，系统的机械能守恒．
(2)判断任意时刻质点的振动方向．看下一相邻时刻质点的位置，如 图乙中a点，下一相邻时刻离平衡位置远，故a点此刻向＋x方向运 动．
(3)速度的大小和方向，根据图像上某点的切线的斜率判断．图像上 某点切线的斜率的大小表示速度大小，斜率的正负表示运动的方 向．在平衡位置，切线斜率最大，质点速度最大；在最大位移处， 切线斜率为零，质点速度为0.在从平衡位置向最大位移处运动的过程 中，速度减小；在从最大位移处向平衡位置运动的过程中，速度增 大．
4．如图甲所示，弹簧振子运动的最左端M(最右端N)距离平衡位置的 距离为l，规定向右为正方向，其振动图像如图乙所示，下列说法中 正确的是( )
A．图中x0应为l B．0～t1时间内振子由M向O运动 C．t1～t2时间内振子由M向O运动 D．0～t2时间内与t2～t3时间内振子运动方向相反
解析：结合甲、乙两图可知，t1时刻振子的位移为正值且最大，振子 位于N，x0应为l，故A正确；0～t1时间内位移为正值，且逐渐增大， 则振子由O向N运动，故B错误；t1～t2时间内位移为正值，且逐渐减 小，则振子由N向O运动，故C错误；0～t2时间内振子先沿正方向运 动到最大位移处，再沿负方向运动到位移为零处，t2～t3时间内先沿 负方向运动到负的最大位移处，再沿正方向运动到位移为零处，故D 错误．故选A.
O→A 向右 增大 向左 增大 向左 增大 向右 减小 减小 增大 不变
【典例3】 如图所示为某个弹簧振子做简谐运动的振 动图像，由图像可知( ) A．在0.1 s时，由于位移为零，所以振动能量为零 B．在0.2 s时，振子具有最大势能 C．在0.35 s时，振子具有的能量尚未达到最大值 D．在0.4 s时，振子的动能最大 [核心点拨] (1)平衡位置动能最大，弹性势能最小． (2)最大振幅位置速度最小动能最小，弹性势能最大． 解析：弹簧振子做简谐运动，振动能量不变，选项A错误；在0.2 s时
答案：A
探究三 简谐运动的能量
1．简谐运动中，振动系统的动能和势能相互转化，平衡位置处动能 最大，势能最小；最大位移处动能为零，势能最大，但总的机械能 不变． 2．简谐运动的机械能由振幅决定，对于同一个振动系统，振幅越大， 振动的能量越大． 3．简谐运动是一种无能量损失的振动，所以其振幅保持不变，又称 为等幅振动．
1．弹簧振子是一种理想化模型．实际物体可看成弹簧振子的条件： (1)不计摩擦阻力和空气阻力． (2)不计弹簧的质量． (3)物体可视为质点． (4)弹簧的形变在弹性限度内． 2．弹簧振子的振动分析． (1)位移及其变化． 位移指相对平衡位置的位移，由平衡位置指向振子所在的位置．当 振子从平衡位置向最大位移处移动时，位移增大；当振子由最大位 移处向平衡位置移动时，位移减小．
1.(多选)在图中，当振子由A向平衡位置O运动时， 下列说法正确的是( ) A．振子的位移变小 B．振子的运动方向向左 C．振子的位移方向向左 D．振子的位移变大 解析：在振动中位移的参考点是O点，由于振子在O点的右侧由A向O 运动，所以振子的运动方向向左，位移方向向右，且位移变小，故A、 B正确．
核心素养
通过对弹簧振子的分析，引出简谐运动的概念以及对应的 物理观念
回复力、振幅和频率等概念 通过对弹簧振子的学习和分析，体会“从简单入手”“理 科学思维 想模型”的科学研究方法 通过弹簧振子的实验，让学生进行猜想、讨论，再结合计 科学探究 算机作图，验证学生的猜想，培养学生团结协作的能力 科学态度 通过对弹簧振子的分析，培养学生学习、合作、探究的科 与责任 学精神和价值观
【典例2】 如图所示是表示某弹簧振子运动的x-t图像， 下列说法正确的是( ) A．0.1 s时振子正通过平衡位置向正方向运动 B．0.1～0.15 s这段时间内，振子的加速度增大，速度减小，加速度 方向与速度方向相反 C．0.2～0.3 s这段时间内，振子的位移在增大 D．该图像是从振子在平衡位置时开始计时画出的 [核心点拨] (1)注意正方向． (2)在平衡位置速度最大、加速度为零．
【典例1】 如图所示为一弹簧振子，O为平衡位置，以向右为正方 向，则振子在B、C之间振动时( ) A．B→O位移为负、速度为正 B．O→C位移为正、速度为负 C．C→O位移为负、速度为正 D．O→B位移为正、速度为负 [核心点拨] (1)位移是指由平衡位置指向振子所在的位置，在平衡位 置速度最大，加速度为零． (2)位移为负值时，速度可以为正值也可以为负值．
3.一个弹簧振子在A、B间做简谐运动，O点为振子 的平衡位置，如图所示．规定向右为正方向，当振 子向左运动经过O点时开始计时，则图中画出的振动图像正确的是 ()
解析：由题意，因为向右为正方向，且振子向左运动经过O点时开始 计时，所以t＝0时刻图像的斜率应为负，B正确．故选B. 答案：B
探究一 对弹簧振子的运动特点分析
小试身手 1．如图所示，下列振动系统不可看成弹簧振子的是( )
A．如图甲所示，竖直悬挂的轻弹簧及小铅球组成的系统 B．如图乙所示，放在光滑斜面上的铁块及轻弹簧组成的系统 C．如图丙所示，光滑水平面上，两根轻弹簧系住一个小球组成的系 统 D．蹦极运动中的人与弹性绳组成的系统
解析：根据弹簧振子的理想化条件：弹簧振子是一个不考虑摩擦阻 力，不考虑弹簧的质量，不考虑振子的大小和形状的理想化的物理 模型， A、B、C正确；人受空气的阻力不可忽略，且人不能看成质 点，故该系统不可看成弹簧振子，D错误．故选D.
解析：从题图可以看出，t＝0时刻，振子在正方向的最大位移处，因 此是从正的最大位移处开始计时画出的图像，D错误；0.1 s以后振子 的位移为负，因此0.1 s时振子正通过平衡位置向负方向运动，A错误； 0.1～0.15 s这段时间内，振子向负方向运动，加速度增大，速度减小， 加速度方向指向平衡位置，为正方向，加速度与速度方向相反，B正 确；0.2～0.3 s这段时间内，振子正从负的最大位移处向平衡位置运 动，位移减小，C错误．
答案：D
2．关于简谐运动，下列说法正确的是( ) A．简谐运动一定是水平方向的运动 B．所有的振动都可以视为简谐运动 C．物体做简谐运动时一定可以得到正弦曲线形的轨迹线 D．只要振动图像是正弦曲线物体一定做简谐运动 解析：物体的简谐运动并不一定只在水平方向发生，各个方向都有 可能发生，选项A错误；简谐运动是最简单的振动，并非所有的振动 都可以视为简谐运动，选项B错误；做简谐运动物体的轨迹线并不是 正弦曲线，选项C错误；若物体的振动图像是正弦曲线，则其一定是 做简谐运动，选项D正确．故选D. 答案：D
答案：B
解答有关振动图像题目时的注意点 (1)将图像与题目中振子的运动情况结合起来． (2)理解从图像上能直接得到或间接得到的信息． (3)将图像表现的信息与振子运动的几个特点结合起来，如振子的往 复性(对称性)．
3．(多选)如图所示为获取弹簧振子的位移—时间图像的一种方法， 改变纸带运动的速度，下列说法正确的是( )
A．如果纸带不动，作出的振动图像仍然是正弦函数曲线 B．如果纸带不动，作出的振动图像是一段线段 C．图示时刻，振子正经过平衡位置向右运动 D．若纸带运动的速度不恒定，则纸带上描出的仍然是简谐运动的图像
解析：当纸带不动时，描出的只是振子在平衡位置两侧往复运动的 轨迹，即一段线段，A错误，B正确；由振动图像可以看出，图示时 刻振子正由平衡位置向右运动，C正确；只有当纸带匀速运动时，运 动时间才与纸带运动的位移成正比，振动图像才是正弦或余弦函数 曲线，而简谐运动的图像一定是正弦或余弦函数曲线，D错误．故选 BC. 答案：BC
第二章 机械振动
学习目标 1.知道什么是弹簧振子，知道振子
物 理 与 STSE
的平衡位置、回复力、位移、振
幅、周期、频率的概念．
2．知道简谐运动的位移—时间图
像的物理意义，知道其图像是一
条正弦曲线．
来回摆动的 机械运动上下振
3．知道简谐运动的能量特征，会 钟摆做
动的小球做简谐
分析振子的位移、加速度、速度、