高中物理选修3-4 第一章机械运动 1.1 简谐运动

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(完整版)高中物理必修3-4知识点清单(非常详细)第一章机械振动第二章机械波一、简谐运动1．概念：质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象(x －t 图象)是一条正弦曲线的振动．2．平衡位置：物体在振动过程中回复力为零的位置． 3．回复力(1)定义：使物体返回到平衡位置的力． (2)方向：时刻指向平衡位置．(3)来源：振动物体所受的沿振动方向的合力． 4．简谐运动的表达式(1)动力学表达式：F ＝－kx ，其中“－”表示回复力与位移的方向相反．(2)运动学表达式：x ＝A sin (ωt ＋φ)，其中A 代表振幅，ω＝2πf 表示简谐运动的快慢，(ωt ＋φ)代表简谐运动的相位，φ叫做初相．5 定义意义振幅振动质点离开平衡位置的最大距离描述振动的强弱和能量周期振动物体完成一次全振动所需时间描述振动的快慢，两者互为倒数：T ＝1f频率振动物体单位时间内完成全振动的次数相位 ωt ＋φ描述质点在各个时刻所处的不同状态二、单摆1．定义：在细线的一端拴一个小球，另一端固定在悬点上，如果细线的伸缩和质量都不计，球的直径比线的长度短得多，这样的装置叫做单摆．2．视为简谐运动的条件：θ＜5°.3．回复力：F ＝G 2＝G sin θ＝mg lx . 4．周期公式：T ＝2πl g. 5．单摆的等时性：单摆的振动周期取决于摆长l 和重力加速度g ，与振幅和振子(小球)质量都没有关系．三、受迫振动及共振 1．受迫振动：系统在驱动力作用下的振动．做受迫振动的物体，它的周期(或频率)等于驱动力周期(或频率)，而与物体的固有周期(或频率)无关．2．共振：做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大，当二者相等时，振幅达到最大，这就是共振现象．共振曲线如图所示．考点一简谐运动的五个特征 1．动力学特征 F ＝－kx ，“－”表示回复力的方向与位移方向相反，k 是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数．2．运动学特征简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比而方向相反，为变加速运动，远离平衡位置时x 、F 、a 、E p 均增大，v 、E k 均减小，靠近平衡位置时则相反．3．运动的周期性特征相隔T 或nT 的两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同． 4．对称性特征(1)相隔T 2或2n ＋12T (n 为正整数)的两个时刻，振子位置关于平衡位置对称，位移、速度、加速度大小相等，方向相反．(2)如图所示，振子经过关于平衡位置O 对称的两点P 、P ′(OP ＝OP ′)时，速度的大小、动能、势能相等，相对于平衡位置的位移大小相等．(3)振子由P 到O 所用时间等于由O 到P ′所用时间，即t PO ＝t OP ′.(4)振子往复过程中通过同一段路程(如OP 段)所用时间相等，即t OP ＝t PO . 5．能量特征振动的能量包括动能E k 和势能E p ，简谐运动过程中，系统动能与势能相互转化，系统的机械能守恒．6.(1)由于简谐运动具有周期性、往复性、对称性，因此涉及简谐运动时，往往出现多解．分析此类问题时，特别应注意，物体在某一位置时，位移是确定的，而速度不确定，时间也存在周期性关系．(2)相隔(2n ＋1)T2的两个时刻振子的位置关于平衡位置对称，位移、速度、加速度等大反向．考点二简谐运动的图象的应用某质点的振动图象如图所示，通过图象可以确定以下各量： 1．确定振动物体在任意时刻的位移． 2．确定振动的振幅．3．确定振动的周期和频率．振动图象上一个完整的正弦(余弦)图形在时间轴上拉开的“长度”表示周期．4．确定质点在各时刻的振动方向．5．比较各时刻质点加速度的大小和方向．6.(1)简谐运动的图象不是振动质点的轨迹，它表示的是振动物体的位移随时间变化的规律；(2)因回复力总是指向平衡位置，故回复力和加速度在图象上总是指向t 轴；(3)速度方向可以通过下一个时刻位移的变化来判定，下一个时刻位移如果增加，振动质点的速度方向就远离t 轴，下一个时刻的位移如果减小，振动质点的速度方向就指向t 轴．考点三受迫振动和共振自由振动受迫振动共振受力情况仅受回复力受驱动力作用受驱动力作用振动周期或频率由系统本身性质决定，即固有周期T 0或固有频率f 0由驱动力的周期或频率决定，即T ＝T 驱或f ＝f 驱 T 驱＝T 0或f 驱＝f 0振动能量振动物体的机械能不变由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆(θ≤5°) 机械工作时底座发生的振动共振筛、声音的共鸣等(1)共振曲线：如图所示，横坐标为驱动力频率f ，纵坐标为振幅A .它直观地反映了驱动力频率对某振动系统受迫振动振幅的影响，由图可知，f 与f 0越接近，振幅A 越大；当f ＝f 0时，振幅A 最大．(2)受迫振动中系统能量的转化：受迫振动系统机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量交换．3.(1)无论发生共振与否，受迫振动的频率都等于驱动力的频率，但只有发生共振现象时振幅才能达到最大.(2)受迫振动系统中的能量转化不再只有系统内部动能和势能的转化，还有驱动力对系统做正功补偿系统因克服阻力而损失的机械能．三、实验：用单摆测定重力加速度1．实验原理由单摆的周期公式T ＝2πl g ，可得出g ＝4π2T2l ，测出单摆的摆长l 和振动周期T ，就可求出当地的重力加速度g .2．实验器材单摆、游标卡尺、毫米刻度尺、停表． 3．实验步骤(1)做单摆：取约1 m 长的细丝线穿过带中心孔的小钢球，并打一个比小孔大一些的结，然后把线的另一端用铁夹固定在铁架台上，让摆球自然下垂，如图所示．(2)测摆长：用毫米刻度尺量出摆线长L (精确到毫米)，用游标卡尺测出小球直径D ，则单摆的摆长l ＝L ＋D2.(3)测周期：将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5°)，然后释放小球，记下单摆摆动30～50次的总时间，算出平均每摆动一次的时间，即为单摆的振动周期．(4)改变摆长，重做几次实验． 4．数据处理(1)公式法：g ＝4π2lT2.(2)图象法：画l －T 2图象．g ＝4π2k ，k ＝l T 2＝ΔlΔT2.5．注意事项(1)悬线顶端不能晃动，需用夹子夹住，保证悬点固定． (2)单摆必须在同一平面内振动，且摆角小于10°.(3)选择在摆球摆到平衡位置处时开始计时，并数准全振动的次数．(4)小球自然下垂时，用毫米刻度尺量出悬线长L ，用游标卡尺测量小球的直径，然后算出摆球的半径r ，则摆长l ＝L ＋r .(5)选用一米左右的细线．四、机械波 1．形成条件(1)有发生机械振动的波源． (2)有传播介质，如空气、水等． 2．传播特点(1)传播振动形式、传递能量、传递信息． (2)质点不随波迁移． 3．分类机械波⎩⎪⎨⎪⎧横波：振动方向与传播方向垂直.纵波：振动方向与传播方向在同一直线上.五、描述机械波的物理量1．波长λ：在波动中振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离．用“λ”表示． 2．频率f ：在波动中，介质中各质点的振动频率都是相同的，都等于波源的振动频率． 3．波速v 、波长λ和频率f 、周期T 的关系公式：v ＝λT＝λf机械波的速度大小由介质决定，与机械波的频率无关．六、机械波的图象1．图象：在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的平衡位置，用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线．2．物理意义：某一时刻介质中各质点相对平衡位置的位移．四、波的衍射和干涉1．波的衍射定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象．2．发生明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者小于波长时，才会发生明显的衍射现象．3．波的叠加原理：几列波相遇时能保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和．4．波的干涉(1)定义：频率相同的两列波叠加时，某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱，这种现象叫波的干涉．(2)条件：两列波的频率相同．5．干涉和衍射是波特有的现象，波同时还可以发生反射、折射．五、多普勒效应由于波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率与波源频率不相等的现象．考点一波动图象与波速公式的应用1．波的图象反映了在某时刻介质中的质点离开平衡位置的位移情况，图象的横轴表示各质点的平衡位置，纵轴表示该时刻各质点的位移，如图．图象的应用：(1)直接读取振幅A 和波长λ，以及该时刻各质点的位移．(2)确定某时刻各质点加速度的方向，并能比较其大小． (3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向．2．波速与波长、周期、频率的关系为：v ＝λT＝λf . 3.波的传播方向与质点的振动方向的互判方法图象律表示同一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移考点三波的干涉、衍射、多普勒效应 1．波的干涉中振动加强点和减弱点的判断某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差Δr . (1)当两波源振动步调一致时若Δr ＝n λ(n ＝0,1,2，…)，则振动加强；若Δr ＝(2n ＋1)λ2(n ＝0,1,2，…)，则振动减弱．(2)当两波源振动步调相反时若Δr ＝(2n ＋1)λ2(n ＝0,1,2，…)，则振动加强；若Δr ＝n λ(n ＝0,1,2，…)，则振动减弱． 2．波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象，产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长．3．多普勒效应的成因分析 (1)接收频率：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数．当波以速度v 通过观察者时，时间t 内通过的完全波的个数为N ＝vtλ，因而单位时间内通过观察者的完全波的个数，即接收频率．(2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大，当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小．第三章电磁波一、电磁波的产生1．麦克斯韦电磁场理论变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场． 2．电磁场变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场． 3．电磁波电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波． (1)电磁波是横波，在空间传播不需要介质．(2)真空中电磁波的速度为3.0×108m/s.(3)电磁波能产生干涉、衍射、反射和折射等现象．二、电磁波的发射与接收 1．电磁波的发射(1)发射条件：足够高的频率和开放电路． (2)调制分类：调幅和调频． 2．电磁波的接收(1)调谐：使接收电路产生电谐振的过程．(2)解调：使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程．第四章光的折射全反射一、光的折射与折射率 1．折射定律(1)内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．(2)表达式：sin θ1sin θ2＝n .(3)在光的折射现象中，光路是可逆的． 2．折射率(1)折射率是一个反映介质的光学特性的物理量．(2)定义式：n ＝sin θ1sin θ2.(3)计算公式：n ＝c v，因为v <c ，所以任何介质的折射率都大于1.(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角．二、全反射1．条件：(1)光从光密介质射入光疏介质． (2)入射角≥临界角．2．临界角：折射角等于90°时的入射角，用C 表示，sin C ＝1n.三、光的色散、棱镜 1．光的色散 (1)色散现象白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱，如图．(2)成因由于n 红＜n 紫，所以以相同的入射角射到棱镜界面时，红光和紫光的折射角不同，就是说紫光偏折得更明显些，当它们射到另一个界面时，紫光的偏折角最大，红光偏折角最小．三、全反射现象1．在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的．2．当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射．当折射角等于90°时，实际上就已经没有折射光了．3．全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射．4.分析全反射问题的基本思路(1)画出恰好发生全反射的临界光线，作好光路图． (2)应用几何知识分析边、角关系，找出临界角． (3)判断发生全反射的范围．考点三光路的计算与判断1．光线射到介质的界面上时，要注意对产生的现象进行分析：(1)若光线从光疏介质射入光密介质，不会发生全反射，而同时发生反射和折射现象，不同色光偏折不同．(2)若光线从光密介质射向光疏介质，是否发生全反射，要根据计算判断，要注意不同色光临界角不同．2．作图时要找出具有代表性的光线，如符合边界条件或全反射临界条件的光线． 3．解答时注意利用光路可逆性、对称性和几何知识． 4．各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率ν 低―→高同一介质中的折射率小―→大同一介质中速度大―→小波长大―→小临界角大―→小通过棱镜的偏折角小―→大四、实验：测定玻璃的折射率 1．实验原理用插针法找出与入射光线AO 对应的出射光线O ′B ，确定出O ′点，画出折射光线OO ′，然后测量出角θ1和θ2，代入公式n ＝sin θ1sin θ2计算玻璃的折射率．2．实验过程(1)铺白纸、画线． ①如图所示，将白纸用图钉按在平木板上，先在白纸上画出一条直线aa ′作为界面，过aa ′上的一点O 画出界面的法线MN ，并画一条线段AO 作为入射光线．②把玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa ′对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb ′.(2)插针与测量．①在线段AO 上竖直地插上两枚大头针P 1、P 2，透过玻璃砖观察大头针P 1、P 2的像，调整视线的方向，直到P 1的像被P 2挡住，再在观察的这一侧依次插两枚大头针P 3、P 4，使P 3挡住P 1、P 2的像，P 4挡住P 1、P 2的像及P 3，记下P 3、P 4的位置．②移去玻璃砖，连接P 3、P 4并延长交bb ′于O ′，连接OO ′即为折射光线，入射角θ1＝∠AOM ，折射角θ2＝∠O ′ON .③用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入表格中． ④改变入射角θ1，重复实验步骤，列表记录相关测量数据． 3．数据处理(1)计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入射角时的sin θ1sin θ2，并取平均值．(2)作sin θ1－sin θ2图象：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2图象，由n ＝sin θ1sin θ2可知图象应为直线，如图所示，其斜率为折射率．(3)“单位圆”法确定sin θ1、sin θ2，计算折射率n ：以入射点O 为圆心，以一定的长度R 为半径画圆，交入射光线OA 于E 点，交折射光线OO ′于E ′点，过E 作NN ′的垂线EH ，过E ′作NN ′的垂线E ′H ′.如图所示，sin θ1＝EH OE ，sin θ2＝E ′H ′OE ′，OE ＝OE ′＝R ，则n ＝sin θ1sin θ2＝EHE ′H ′.只要用刻度尺量出EH 、E ′H ′的长度就可以求出n .4．注意事项(1)玻璃砖应选用厚度、宽度较大的． (2)大头针要插得竖直，且间隔要大些．(3)入射角不宜过大或过小，一般在15°～75°之间．(4)玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线． (5)实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变.第五章光的干涉衍射偏振一、光的干涉1．定义：在两列光波的叠加区域，某些区域的光被加强，出现亮纹，某些区域的光被减弱，出现暗纹，且加强和减弱互相间隔的现象叫做光的干涉现象．2．条件：两列光的频率相等，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉现象． 3．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是频率相等的相干光波，屏上某点到双缝的路程差是波长的整数倍处出现亮条纹；路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹．相邻的明条纹(或暗条纹)之间距离Δx 与波长λ、双缝间距d 及屏到双缝距离l 的关系为Δx ＝l dλ.4．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后表面反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度相同．二、光的衍射 1．光的衍射现象光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射． 2．光发生明显衍射现象的条件当孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟光波波长相差不多时，光才能发生明显的衍射现象．3．衍射图样(1)单缝衍射：中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同．白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光．(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环．(3)泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一．三、光的偏振1．偏振光：在跟光传播方向垂直的平面内，光在某一方向振动较强而在另一些方向振动较弱的光即为偏振光．光的偏振现象证明光是横波(填“横波”或“纵波”)．2．自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿各个方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光．3．偏振光的产生自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫做起偏器．第二个偏振片的作用是检验光是否是偏振光，叫做检偏器．考点一光的干涉 1．双缝干涉(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同． (2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx ＝l dλ.(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹． 2．薄膜干涉(1)如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．(2)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA ′和后表面BB ′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加，两列光波同相叠加，出现明纹；反相叠加，出现暗纹．(3)条纹特点：①单色光：明暗相间的水平条纹； ②白光：彩色水平条纹． 3.明暗条纹的判断方法屏上某点到双缝距离之差为Δr ，若Δr ＝k λ(k ＝0,1,2，…)，则为明条纹；若Δr ＝(2k ＋1)λ2(k ＝0,1,2，…)，则为暗条纹．考点二光的衍射现象的理解 1两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的．考点三光的偏振现象的理解 1．偏振光的产生方式(1)自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器．第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器．(2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．2．偏振光的理论意义及应用(1)理论意义：光的偏振现象说明了光波是横波. (2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．考点四实验：用双缝干涉测量光的波长 1．实验原理单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)纹间距Δx 与双缝间距d 、双缝到屏的距离l 、单色光的波长λ之间满足λ＝d Δx /l .2．实验步骤 (1)观察干涉条纹①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上．如图所示．②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．③调节各器件的高度，使光源发出的光能沿轴线到达光屏．④安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5 cm ～10 cm ，这时，可观察白光的干涉条纹．⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹． (2)测定单色光的波长①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a 1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a 2，将该条纹记为第n 条亮纹．③用刻度尺测量双缝到光屏的距离l (d 是已知的)． ④改变双缝间的距离d ，双缝到屏的距离l ，重复测量． 3．数据处理(1)条纹间距Δx ＝|a 2－a 1n －1|.(2)波长λ＝d lΔx .(3)计算多组数据，求λ的平均值． 4．注意事项(1)安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当．(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近．(3)调节的基本依据是：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰一般原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节．。

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?

第1节简谐运动

高中物理选修3-4
第一章机械运动
授课：福州屏东中学物理组郑毅
从我国古代的“鱼洗”说起
在盆内注入适量清水，当用潮湿的双手来回摩擦铜盆的两个铜耳时，可观察到伴随边缘着有鱼双洗耳，发盆出底有的鱼嗡形鸣浮雕声的，铜盆犹—如—喷鱼洗泉般的水珠从四条鱼嘴中喷射而出，水柱高达几十厘米。
第一节简谐运动
F回 F2 mg
kx2 kx1
=-kx
结论：竖直方向弹簧振子的运动是简谐振动。
弹簧形变量
x
大小
弹簧弹力方向
F=kx 大小
加速度方向
a=F/m 大小
速度
方向
v
大小
小球（振子）位置 B B→O O O→C C
弹簧形变量
x
大小
弹簧弹力方向
F=kx 大小
加速度
方向
a=F/m 大小
速度
方向
v
大小
实验探究：弹簧振子的振动——简谐运动
小球（振子）位置 B B←O O O←C C
弹簧形变量
复习回顾：高中阶段已经学过的运动类型
简单→复杂 1. a=0 : 匀速直线运动或静止 2. a=恒矢量 : 匀变速运动 ① a和v方向共线：匀变速直线运动 ② a和v方向不共线：匀变速曲线运动 3. a大小不变，方向时刻改变：匀速圆周运动
a大小和方向都改变——机械振动
什么是机械振动？
观察振动实例，思考：这几个物体的运动有什么相同点？
是不是简谐振动？
课堂小结：
理想化模型——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。作用：研究简谐振动的规律。
实验探究：弹簧振子的振动——简谐运动

高中物理第1章机械运动第1节简谐运动课件鲁科版选修34

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【解析】因位移、速度、加速度和弹力都是矢量，它们要相同必须大小相等、方向相同．M、N两点关于O点对称，振子所受弹力应大小相等、方向相反，振子位移也是大小相等，方向相反．由此可知，A错误，B正确．振子在M、N两点的加速度虽然方向相反，但大小相等，故C选项正确．振子由M―→O速度越来越大，但加速度越来越小，振子做加速运动，但不是匀加速运动．振子由O―→N 速度越来越小，但加速度越来越大，振子做减速运动，但不是匀减速运动，故D 选项错误．振子由M到N的过程中，其动能先增大后减小，故E正确．
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机械振动的理解 1．机械振动是物体在平衡位置附近的往复运动． 2．回复力的方向总指向平衡位置． 3．平衡位置是回复力为零的位置，此位置振动物体速度达到最大，加速度方向改变．
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弹簧振子的振动
[先填空] 1．弹簧振子弹簧振子是一种理想化模型，其主要组成部分是一个质量可以忽略不计的弹簧(tá和nh一u个án质g)量为m的物体．(wùtǐ)
[再判断] 1．弹簧振子是一种理想化的模型．( √ ) 2．在F＝－kx中，负号表示回复力总是小于零的力．( × ) 3．弹簧振子的加速度方向一定与位移相同．( × )
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[后思考] 弹簧振子的回复力一定是弹簧的弹力吗？【提示】不一定．竖直方向的弹簧振子的回复力是由弹簧弹力与重力的合力提供．
【解析】 A、B两物体做简谐运动的回复力由弹簧的弹力提供，当物体离开
平衡位置的位移为x时，回复力大小F＝kx，A和B的共同加速度大小a＝
F M＋m
＝
kx M＋m
，而物体A做简谐运动的回复力由A受到的静摩擦力提供，由此可知f＝ma＝

高中物理选修3-4知识点总结

高中物理选修3-4知识点总结一．简谐运动1、机械振动：物体（或物体的一部分）在某一中心位置两侧来回做往复运动，叫做机械振动。

机械振动产生的条件是：（1）回复力不为零。

（2）阻力很小。

使振动物体回到平衡位置的力叫做回复力，回复力属于效果力，在具体问题中要注意分析什么力提供了回复力。

2、简谐振动：在机械振动中最简单的一种理想化的振动。

对简谐振动可以从两个方面进行定义或理解：（1）物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动，叫做简谐振动。

（2）物体的振动参量，随时间按正弦或余弦规律变化的振动，叫做简谐振动，在高中物理教材中是以弹簧振子和单摆这两个特例来认识和掌握简谐振动规律的。

3、描述振动的物理量描述振动的物理量，研究振动除了要用到位移、速度、加速度、动能、势能等物理量以外，为适应振动特点还要引入一些新的物理量。

（1）位移x：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段叫做位移。

位移是矢量，其最大值等于振幅。

（2）振幅A：做机械振动的物体离开平衡位置的最大距离叫做振幅，振幅是标量，表示振动的强弱。

振幅越大表示振动的机械能越大，做简揩振动物体的振幅大小不影响简揩振动的周期和频率。

（3）周期T：振动物体完成一次余振动所经历的时间叫做周期。

所谓全振动是指物体从某一位置开始计时，物体第一次以相同的速度方向回到初始位置，叫做完成了一次全振动。

（4）频率f：振动物体单位时间内完成全振动的次数。

（5）角频率：角频率也叫角速度，即圆周运动物体单位时间转过的弧度数。

引入这个参量来描述振动的原因是人们在研究质点做匀速圆周运动的射影的运动规律时，发现质点射影做的是简谐振动。

因此处理复杂的简谐振动问题时，可以将其转化为匀速圆周运动的射影进行处理，这种方法高考大纲不要求掌握。

周期、频率、角频率的关系是：。

（6）相位：表示振动步调的物理量。

现行中学教材中只要求知道同相和反相两种情况。

4、研究简谐振动规律的几个思路：（1）用动力学方法研究，受力特征：回复力F =－Kx；加速度，简谐振动是一种变加速运动。

教科版物理选修3-4第一章1.1 简谐运动课件

小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，有时也把这样的小球称做弹簧振子或简称振子。
思考: 弹簧振子的运动有什么特点? ①往复性
②有一个中心位置(平衡位置)——物体保持静止状态时所处的位置。
弹簧振子的特点:
理想化处理 ①忽略摩擦力 ②忽略弹簧质量
③小球可看做质点
平衡位置:原来静止的位置。
运动特征:沿直线或弧线以平衡位置做往复周
思考1：我们以前学过哪些运动形式？
•加速度大小方向都不变的匀变速直线运动。（自由落体运动）
•加速度大小方向都不变的匀变速曲线运动。（平抛运动） •加速度大小不变方向改变的变加速曲线运动。（匀速圆周运动）
观察
思考2：如果加速度大小和方向都改变，那么物体会做什么运动呢？物体在平衡位置附近所做的往复运动叫做机械振动，简称振动。
T＝1.0s f＝1 Hz （2）振子在5s末的位移的大小 10cm （3）振子5s内通过的路程 200cm
（1）振子的周期和频率
注意： T内通过的路程一定是4A 1/2T内通过的路程一定是2A
1/4T内通过的路程不一定是A
6:一个质点做简谐运动,振幅是4 cm ,频率为2.5 Hz,该质点从平衡位置起向正方向运动,经2.5 s质点的位移和路程分别是 ( )
简谐运动的周期公式
m T 2 k
简谐运动的周期和频率由振动系统本身的因素决定，与振幅无关
五、简谐运动的能量
简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒。
简谐运动的能量由劲度系数与振幅决定，劲度系数越大，振幅越大，振动的能量越大。
试画出物体在做简谐运动时的Ek-t和Ep-t及 E-t图象 E
答案:D

高中物理选修3-4 1-1

8 从平衡位置运动到0.1 m处；再经 s又恰好能由0.1 m处运动到0.2 m处 3 后，再返回0.1 m处，故D项正确．
答案： ACD
工具
选考部分选修3-4 第一章机械振动机械波
栏目导引
3．一个质点经过平衡位置O，在A、B间做简谐运动，如下图(a)所
示，它的振动图象如图(b)所示，设向右为正方向，则
工具
选考部分选修3-4 第一章机械振动机械波
栏目导引
(1)OB＝______ cm. (2)第0.2 s末质点的速度方向是______，加速度大小为________． (3)第0.4 s末质点的加速度方向是______； (4)第0.7 s时，质点位置在____点与____点之间． (5)质点从O运动到B再运动到A所需时间t＝____s. (6)在4 s内完成______次全振动．答案： (1)5 (2)O→A 0 (3)A→O
多普勒效应 Ⅰ
实验：研究单摆的运动、用单摆测重力加速度
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选考部分选修3-4 第一章机械振动机械波
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第一讲
机械振动
工具
选考部分选修3-4 第一章机械振动机械波
栏目导引
工具
选考部分选修3-4 第一章机械振动机械波
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一、简谐运动的概念和运动规律 1．简谐运动的概念
(1)概念：物体在跟位移大小成正比、并且总是指向平衡位置
栏目导引
一、简谐运动的对称性 1．瞬时量的对称性：做简谐运动的物体，在关于平衡位置对称的
两点，回复力、位移、加速度具有等大反向的关系．另外速度的大小、
动能具有对称性，速度的方向可能相同或相反． 2．过程量的对称性：振动质点来回通过相同的两点间的时间相等，如tBC＝tCB；质点经过关于平衡位置对称的等长的两线段时时间相等，如 tBC＝tB′C′，如下图所示．

高中物理1.1 《简谐运动》优秀课件

()
A．从O→B→O振子做了一次全振动图1－1－3 B．振动周期为2 s，振幅是10 cm C．从B开始经过6 s，振子通过的路程是60 cm D．从O开始经过3 s，振子处在平衡位置
解析振子从 O→B→O 只完成半个全振动，A 选项错误；从 A→B 振子也只是半个全振动，半个全振动是 2 s，所以振动周期是 4 s，振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离，振幅 A＝10 cm，选项 B 错误；t＝6 s＝1 12T，所以振子经过的路程为 4A＋ 2A＝6A＝60 cm，选项 C 正确；从 O 开始经过 3 s，振子处在位移最大处 A 或 B，D 选项错误．答案 C
B．在A点和A′点的位移大小相同
C．在两点处的速度可能相同
D．在两点处的加速度可能相同
解析由于A、A′关于平衡位置对称，所以振子在A、A′点时位移大小相等，方向相反，速率一定相同，但速度方向可能相同也可能相反，加速度方向一定相反，应选项B、C正确．答案 BC 借题发挥弹簧振子位于关于平衡位置对称的两点时，振子的位移、加速度大小相等，方向相反；振子的速度大小相等，方向可能相同，也可能相反．这就是位移的“对称性〞.同时对应位移的运动时间相等，即：时间的对称性
一、机械振动物体(或物体的某一局部)在某一位置两侧所做的往复运动，叫做机械振动，通常简称为振动．这个位置称为平衡位置．
二、简谐运动 1．振子模型：如下图，如果小球与水平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，这样的系统称为弹簧振子．其中的小球常称为振子 2．回复力：当小球偏离平衡位置时，受到的指向平衡位置的力．
高中物理·选修3-4·教科版
第一章机械振动
1.1 简谐运动

沪科版物理选修3-4课件：第1章1.1

置 D．简谐运动中位移方向总与速度方向相反
栏目导引
第1章
机械振动
解析：选A.弹簧振子的运动就是简谐运动，
但简谐运动有许多种，如水中浮标上下微小的浮动，后面将要学习的单摆在空气中小角度摆动都是简谐运动，它是机械振动中最基本、最简单的一种，而机械运动中最基本、
最简单的一种是匀速直线运动，因此A正确,
栏目导引
第1章
机械振动
【精讲精析】
振动物体的位移是从平衡位
置O到振子所在位置的有向线段，所以振子
在OB之间运动时，位移为正，在AO间运动时，其位移为负，而加速度总与位移方向相反，在O右侧时为负，在O左侧时为正．在C 处时，振子运动方向不定，其速度可能为正
值，也可能为负值．
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第1章
机械振动
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第1章
机械振动
(3)周期与频率的关系：周期和频率都是表示振动快慢物体____________的物理量．它们的关系是
T＝1/f ________．在国际单位制中，周期的单位是
秒赫兹 ____．频率的单位是______，1 Hz＝1 s－1. 2.振幅：振动物体在振动过程中离开平衡位最大位移置的____________叫做振动的振幅．振幅是标量 __________，用A表示，单位是米(m)．
栏目导引
第1章
机械振动
热点示例创新拓展
简Hale Waihona Puke 运动的对称性 [经典案例] (8分)一个做简
谐运动的质点，先后以同样的速度通过相距
10 cm的A、B两点，历时0.5 s(如图所示)，
过B点后再经过t＝0.5 s，质点以大小相等、方向相反的速度再次通过B点．试求：质点振动的周期是多少？

《简谐运动》人教版高三物理选修3-4PPT课件

第十一章机械振动
感谢各位的聆听
MENTAL HEALTH COUNSELING PPT
讲解人：时间：2020.5.25
弹簧振子
弹簧振子的位移—时间图象沙摆实验
简谐运动
定义：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象（x—t图象）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。
简谐运动
【典例2】简谐运动是下列哪一种运动 ( C )
A.匀变速运动 B.匀速直线运动 C.非匀变速运动 D.匀加速直线运动
讲解人：时间：2020.5.25
复习引入
1、描述简谐运动的物理量振幅：描述振动强弱；周期和频率：描述振动快慢; 相位：描述振动步调. 2、简谐运动的表达式：
x Asin(t )
思考与讨论
物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？
X F
C A
X
O
D B
F
C A
O
D B
A
O
B
X F
C
1.定义: 使振子回到平衡位置的力 2.特点: 按力的作用效果命名，方向始终指向平衡位置 3.回复力来源：振动方向上的合外力
一、简谐运动的回复力
4.公式: F kx
“-” 表示回复力方向始终与位移方向相反
(1)大小: F kx (胡克定律)
k ----弹簧的劲度系数(常量)
X F
C A
O
D B
C A
O
F
D B
X
C A
O
D B
C A
X
O
D B
F
C A
O
D B
一、简谐运动的回复力
弹簧振子所受的合力F与振子位移x的大小成正比，且合力F的方向总是与位移x的方向相反。

高中物理第一章1简谐运动课件教科选修34教科高中选修34物理课件

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解析:(1)振子从 B 到 C 所用时间 t=0.5 s= 2 ,
1
所以T=1.0 s,由 f= 得f=1.0 Hz.

(2)设弹簧振子的振幅为A,由题意(tíyì)BC=2A=20 cm,A=10 cm.
振子在1个周期内通过的路程为4A,故在t=5 s=5T内通过的路程
s=5×4A=200 cm.
1
(2)若 t2-t1=nT+ 2 , 则1 、2 两时刻振动物体的位置关于平衡位
置对称, 描述运动的物理量(、、、)均大小相等、方向相反.
1
3
(3)若 t2-t1=nT+ 4 或2 − 1 = + 4 , 则当1 时刻物体到达最大
位移处时, 2 时刻物体到达平衡位置; 当1 时刻物体在平衡位置时, 2
时刻到达最大位移处; 若1 时刻物体在其他位置, 2 时刻物体到达何
处就要视具体情况而定.
第十一页，共二十六页。
探究
(tànjiū)
一
探究
(tànjiū)
二
4.简谐运动(jiǎn xié yùn dònɡ)中各物理量的变化规律
第十二页，共二十六页。
探究
(tànjiū)
一
探究
(tànjiū)
二
振子的
位移
运动
增大,方
O→B
向向右
B
最大
减小,方
B→O
向向右
O
0
增大,方
O→C
向向左
C
最大
减小,方
C→O
向向左
0
0
加速度(回
复力)
增大,方向
向左

高中物理选修3-4第一章简谐运动

比例系数
F kx 振动位移：以平衡位置为起点
回复力
方向相反
三、简谐运动Simple harmonic motion
1、定义：物体在跟位移大小成正比，并且总是指向
平衡位置的力作用下的振动，叫做简谐运动。
F 2、判断依据： kx ak x m
比例系数,不一定是劲度系数
3、相关概念：平衡位置、位移、回复力
（2）阻力足够小（无阻力）。
二、弹簧振子
1、组成：小球+弹簧 2、理想化：不计阻力+轻弹簧+小球作质点 3、位移：相对于平衡位置的位移，矢量
二、弹簧振子
1、组成：小球+弹簧 2、理想化：不计阻力+轻弹簧+小球作质点 3、位移：相对于平衡位置的位移，矢量
4、受力特征： F kx ak x m
三、简谐运动Simple harmonic motion
4、加速度：加速度a在两个“端点”最大，在平衡位置为零，方向总指向平衡位置。 5、速度：在两个“端点”为零，在平衡位置最大。 6、能量：动能和势能交替变化，总量不变。
物理量
位移（X）
方向大小
回复力（F）加速度（a）
方向大小
速度（V）方向
小结
机 1、定义
械振动
2、产生条件（1）有回复力作用
（2）阻力足够小
简弹簧振子---------理想化物理模型
谐运
回复力的特点：F= -kx
动各物理量分析
A’
O
A
思考与讨论
1、简谐运动属于哪一种运动（） A、匀加速运动 B、匀减速运动 C、匀速运动 DD 、非匀变速运动
思考与讨论
2、作简谐振动的物体，当它每次经过同一位置时，一定相同的物理量是（）

高中物理第一章机械振动第1讲简谐运动课件教科选修34教科高二选修34物理课件

12/9/2021
第二十二页，共三十页。
2．简谐运动(jiǎn xiéyùn dònɡ)中各量的变化情况如图5所示的弹簧振子
12/9/2021
图5
第二十三页，共三十页。
位置位移的大小加速度的大小速度的大小
动能势能总机械能
A 最大最大
0 0 最大不变
A→O ↘ ↘ ↗ ↗ ↘
不变
O 0 0 最大最大 0 不变
12/9/2021
第八页，共三十页。
四、简谐运动的能量 1 ．振动系统的总机械能：弹簧的 __势_能__(s_hì和néng振) 子的 _动__能__(d_òn之gnéng)
和． 2 ．如果 (rúguǒ) 不考虑摩擦和空气阻力，振动系统的总机械能
图1
12/9/2021
第五页，共三十页。
2 ．回复力：当小球偏离平衡位置时，受到的平衡指位向置(zhǐ xiànɡ)__________的力．
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__(z_h，èngb并ǐ) 且总指向_平__衡__位__置___，则物体所做的运动叫做简谐运动．
2．简谐运动的回复力 (1)回复力是指将振动物体拉回到平衡位置的力，它可以(kěyǐ) 是物体所受的合外力，也可以(kěyǐ)是一个力或某一个力的分力，而不是一种新的性质力．
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第十一页，共三十页。
(2)简谐运动(jiǎn xiéyùn dònɡ)的回复力：F＝－kx ①k是比例系数，并非弹簧的劲度系数(水平弹簧振子中k为弹簧的劲度系数)，其值由振动系统决定，与振幅无关． ②“－”号表示回复力的方向与偏离平衡位置的位移的方向相反． ③x是指质点相对平衡位置的位移，不一定是弹簧的伸长量或压缩量． ④回复力的作用总是把物体拉向平衡位置．

高中物理选修3-4 第一章第一节简谐运动(PPT精品课件)

思考这些概念在什么样的条件下成立？？？
2、弹簧振子:理想化模型
（1）不计与地面的摩擦力（阻力）。（2）弹簧的质量与小球相比可以忽略（才会产生回复力）
三、弹簧振子的位移-时间图象 1、振子的位移x:都是相对于平衡位置的位移。
1、频闪照片法
第一个1/2周期：时间 t(s) 0 t
0
2t
0
3t
难点，重点分析：
难点：
1.掌握什么是简谐运动？他的特点？条件？
2.掌握简谐运动的位移-时间图象是正弦图像
难点：
简谐运动的位移-时间图象
课后练习
课外知识
2、弹簧振子的位移——时间关系（1）弹簧振子的位移： ①位移是从平衡位置指向振动质点某时刻所在位置的有向线段。振动中的位移不是在直线运动中或曲线运动中所述的由初位置指向末位置的有向线段，振动中的位移不管振动质点的起始位置，一律从平衡位置开始指向振动质点所在位置。 ②位移是矢量，规定小球在平衡位置的右边时，它对平衡位置的位移为正，在左边时为负。
课堂练习
判断下列物体的运动是否是机械振动：
K1
K2
课堂练习 1.下列运动中属于机械振动的是（）
A、树梢在微风中的摇摆
B、竖直向上抛出的物体的运动 C、说话时声带的振动 D、爆炸声引起的窗扇的运动 E、水中浮漂物的上下浮动
G、钟摆的摆动
简谐运动的两个重要的模型：弹簧振子，单摆。二，弹簧振子 1、概念：小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，有时也把这样的小球称做弹簧振子或简称振子。
县二中物理组
马合沙提
必修1
有关高考
物理（满分：110分）
必修2 选修3-1 选修3-2 选修3-3