教科版物理选修3-4 第一章 机械振动 第一节 教学课件

第一章 机械振动 1.简谐运动
1.知道机械振动和简谐运动的概念,知道弹簧 振子模型的构造。 学习 2.了解简谐运动的特点,明确简谐振动的回复 目标 力和位移之间的关系。 3.知道周期、频率、振幅等一系列描述简谐 运动的基本概念。
一、机械振动 1.弹簧机械振动:物体(或物体的某一部分)在_某__一__位__置__ 两侧所做的_往__复__运动,简称_振__动__,这个位置称为平衡位 置。 2.振动特点: (1)普遍存在的运动形式。 (2)振动是一种往复运动,具有_周__期__性__和_往__复__性__。
2.回复力: (1)定义:振动的物体偏离平衡位置时,都会受到的一个 指向_平__衡__位__置__的力。 (2)回复力与位移的关系:F=_-_k_x_。 3.简谐运动:如果物体所受的力与它偏离平衡位置的位 移大小成_正__比__,并且总指向_平__衡__位__置__,则物体所做的运 动叫作简谐运动。做简谐运动的振子称为_谐__振__子__。
知识点一 简谐运动的位移、速度和加速度 思考探究: 如图所示,弹簧一端固定,另一端同物体相连接。物体 放在光滑的水平面上能够自由滑动,静止时物体处于O 点。现把物体从O点右侧的A点由静止释放,物体将做往 复运动。
(1)物体的位移怎样变化? (2)物体受到的弹力、加速度怎样变化?
提示:(1)物体在向O点靠近的过程中位移减小,在远离O 点的过程中位移增大,在平衡位置O点附近做周期性变 化。 (2)弹力和加速度都与位移的大小成正比,也在平衡位置 附近做周期性变化。
2.决定能量大小的因素:振动系统的机械能跟_振__幅__有 关,_振__幅__越大,机械能就越大,振动越强。对于一个确 定的简谐运动来说它是_等__幅__振动。
【想一想】在弹簧振子的运动过程中,弹性势能最大的 位置有几个?动能最大的位置有几个?
提示:在弹簧振子的运动过程中,弹性势能最大的位置 有两个,分别对应于振子运动的最左端和最右端。动能 最大的位置只有一个,就是弹簧振子运动到平衡位置的 时候。
【归纳总结】 1.对三个概念的理解: (1)位移:以平衡位置为坐标原点,以振动所在的直线为 坐标轴,规定正方向,则某一时刻振子的位移用该时刻 振子所在位置的坐标来表示。
(2)速度:速度是描述振子在平衡位置附近振动快慢的 物理量。在所建立的坐标轴(也称为“一维坐标系”) 上,速度的正负表示振子运动方向与坐标轴的正方向相 同或相反。 (3)加速度:做简谐运动的物体的加速度a= kx ,由于弹
x
F
a
v
Ek Ep
E
远离平衡 位置运动
增大 增大 增大 减小 减小 增大 不变
最大位移处 最大 最大 最大 零 零 最大 不变
靠近平衡 位置运动
减小 减小 减小 增大 增大 减小 不变
平衡位置 零零 零 最大 最大 最小 不变
(2)两个转折点: ①平衡位置是位移方向、回复力方向和加速度方向变 化的转折点。 ②最大位移处是速度方向变化的转折点。 (3)一个守恒:简谐运动过程中动能和势能之间相互转 化,但系统的机械能守恒。
单位
_秒__(_s_)_
_赫__兹__(_H_z_)_
物理含义
都是表示_振__动__快__慢__的物理量
联系
1
T=__f__
【判一判】 (1)振幅就是指振子的位移。 ( ) (2)振幅就是指振子的路程。 ( ) (3)振子从离开某位置到重新回到该位置的过程不一定 是一次全振动过程。 ( )
提示:(1)×。振幅是振子离开平衡位置的最大距离,数 值上等于最大位移的绝对值。 (2)×。振幅是振子离开平衡位置的最大距离,路程是振 子振动过程中走过的总距离,二者意义不同。 (3)√。振子以相同的速度相继通过同一位置时,所经历 的过程才是一次全振动。
m
簧振子的形变量x不断变化,所以简谐运动是变加速运 动。振子在通过平衡位置处时,加速度的大小为零,方 向改变。
2.各物理量的变化规律: (1)变化规律:当物体做简谐运动时,它偏离平衡位置的 位移x、回复力F、加速度a、速度v、动能Ek、势能Ep 及振动能量E遵循一定的变化规律,可列表如下:
物理量 过程
四、简谐运动的能量 1.振动系统的状态与能量的关系:一般指振动系统的_机__ _械__能__,振动的过程就是_动__能__和_势__能__互相转化的过程。 (1)在最大位移处,_势__能__最大,_动__能__为零。 (2)在平衡位置处,_动__能__最大,_势__能__最小。 (3)在简谐运动中,振动系统的机械能_守__恒__,因此简谐运 动是一种理想化模型。
【判一判】 (1)弹簧振子通过平衡位置时弹簧的弹力一定为 零。 ( ) (2)弹簧振子是一种理想化模型。 ( ) (3)水平和竖直方向的弹簧振子提供回复力的方式不同。 ()
提示:(1)×。水平方向的弹簧振子通过平衡位置时弹簧 的弹力为零,竖直方向的弹簧振子通过平衡位置时弹簧 的弹力等于重力。 (2)√。弹簧振子中弹簧的质量和摩擦忽略,把振子(小 球)看作质点,弹簧振子是一种理想化模型。 (3)√。水平方向弹簧振子的回复力由弹簧的弹力提供, 竖直方向弹簧振子的回复力由弹簧弹力与振子(小球) 重力的合力提供。
【特别提醒】 (1)简谐运动的位移总是以平衡位置为起点,大小等于 由平衡位置到物体所在位置的距离,方向由平衡位置指 向物体所在的位置。 (2)弹簧振子的回复力不一定是弹簧的弹力:水平方向 的弹簧振子的回复力是弹簧的弹力,竖直方向的弹簧振 子的回复力是弹簧弹力和振子所受重力的合力。
三、描述振动的物理量 1.振幅(A): (1)定义:振动物体离开平衡位置的_最__大__距__离__,用A表示, 国际单位为米(m)。 (2)物理意义:描述振动_强__弱__的物理量。
2.周期(T)和频率(f):
内容
周期
频率
做简谐运动的物体 定 义 完成一次_全__振__动__
所用的时间
单位时间内完成 _全__振__动__的次数
【想一想】平衡位置是否为合外力为零的位置? 提示:平衡位置是回复力为零的位置,合外力不一定为 零。
二、简谐运动 1.弹簧振子模型: 如图所示,如果小球与杆之间的摩擦 _忽__略__不__计__,弹簧的质量比小球的质量 小得多,也可以_忽__略__不__计__,则该装置为弹簧振子。其中 的小球常称为_振__子__。