2020版新教材高中物理 主題2 機(jī)械振動與機(jī)械波 1 簡諧運(yùn)動學(xué)案 新人教版必修第一冊

《2020版新教材高中物理 主題2 機(jī)械振動與機(jī)械波 1 簡諧運(yùn)動學(xué)案 新人教版必修第一冊》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020版新教材高中物理 主題2 機(jī)械振動與機(jī)械波 1 簡諧運(yùn)動學(xué)案 新人教版必修第一冊（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、1　簡諧運(yùn)動 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1．了解什么是機(jī)械振動，什么是簡諧運(yùn)動． 2．理解簡諧運(yùn)動的位移—時間圖象的物理意義，知道簡諧運(yùn)動的圖象是一條正弦或余弦曲線．(重點(diǎn)) 3．經(jīng)歷對簡諧運(yùn)動運(yùn)動學(xué)特征的探究過程，掌握用圖象描述運(yùn)動的方法．(難點(diǎn)) 知識點(diǎn)一| 彈簧振子 1．振子模型 如圖所示，如果球與桿之間的摩擦可以忽略，且彈簧的質(zhì)量與小球的質(zhì)量相比也可以忽略，則該裝置為彈簧振子． 2．平衡位置：振子原來靜止時的位置． 3．機(jī)械振動 振子在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動，簡稱振動． 4．振動特點(diǎn)：振動是一種往復(fù)運(yùn)動，具有周期性和往復(fù)性． 5．彈簧振子

2、的位移—時間圖象 建立坐標(biāo)系：以小球的平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿著它的振動方向建立坐標(biāo)軸．小球在平衡位置右邊時它對平衡位置的位移為正，在左邊時為負(fù)．如圖所示． 1．彈簧振子是一種理想化的模型． (√) 2．彈簧振子的平衡位置都在原長處． (×) 3．振動的物體可以做直線運(yùn)動，也可以做曲線運(yùn)動． (√) 如圖所示在彈簧振子的運(yùn)動過程中，彈性勢能最大的位置有幾個？動能最大的位置有幾個？ 【提示】　在彈簧振子的運(yùn)動過程中，彈性勢能最大的位置有兩個，分別對應(yīng)于振子運(yùn)動的最左端和最右端．動能最大的位置只有一個，就是彈簧振子運(yùn)動到平衡位置時． 1.機(jī)械振動的理解 (1)機(jī)

3、械振動的特點(diǎn) ①振動的軌跡：可能是直線，也可能是曲線． ②平衡位置：質(zhì)點(diǎn)原來靜止時的位置．從受力角度看，應(yīng)該是振動方向上合力為零的位置． ③振動的特征：振動具有往復(fù)性． (2)振動的條件 ①每當(dāng)物體離開平衡位置后，它就受到一個指向平衡位置的力，該力產(chǎn)生使物體回到平衡位置的效果(這樣的力稱為回復(fù)力，在第3節(jié)中我們將學(xué)到)． ②受到的阻力足夠小 如果物體只受到指向平衡位置的力而阻力為零，則物體做自由振動，當(dāng)然這是一種理想模型． 2．彈簧振子的位移—時間圖象 (1)彈簧振子位移—時間圖象的獲得 ①建立坐標(biāo)系：以小球的平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿著它的振動方向建立坐標(biāo)軸，規(guī)定小球在平

4、衡位置右邊時，位移為正，在平衡位置左邊時，位移為負(fù)． ②繪制圖象：用頻閃照相的方法來顯示振子在不同時刻的位置，得到如圖所示的圖象． ③分析：因?yàn)閿z像底片做勻速運(yùn)動，底片運(yùn)動的距離與時間成正比．因此，可用底片運(yùn)動的距離代表時間軸，振子的頻閃照片反映了不同時刻振子離開平衡位置的位移，也就是位移隨時間變化的規(guī)律． (2)圖象的含義 反映了振動物體相對于平衡位置的位移隨時間變化的規(guī)律，彈簧振子的位移—時間圖象是一個正(余)弦函數(shù)圖象． 1.下列運(yùn)動中屬于機(jī)械振動的是(　　) A．小鳥飛走后樹枝的運(yùn)動 B．爆炸聲引起窗子上玻璃的運(yùn)動 C．勻速圓周運(yùn)動 D．豎直向上拋出的物體的運(yùn)動

5、 E．人說話時聲帶的振動 解析：物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動是機(jī)械振動，A、B、E正確．圓周運(yùn)動和豎直上拋運(yùn)動不是振動． 答案：ABE 2．如圖所示，彈簧下端懸掛一鋼球，上端固定組成一個振動系統(tǒng)，用手把鋼球向上托起一段距離，然后釋放，下列說法正確的是(　　) A．鋼球運(yùn)動的最高處為平衡位置 B．鋼球運(yùn)動的最低處為平衡位置 C．鋼球速度最大處為平衡位置 D．鋼球原來靜止時的位置為平衡位置 E．鋼球在平衡位置時所受合力為零 解析：鋼球振動的平衡位置應(yīng)在鋼球重力與彈力相等的位置，即鋼球靜止時的位置，故C、D、E正確． 答案：CDE 3．如圖所示是用頻閃照相的方法獲得的彈簧振

6、子的位移—時間圖象，下列有關(guān)該圖象的說法中正確的是(　　) A．該圖象的坐標(biāo)原點(diǎn)是建立在彈簧振子的平衡位置 B．從圖象可以看出小球在振動過程中是沿x軸方向移動的 C．從圖象可以看出小球在振動過程中是沿y軸方向移動的 D．為了顯示小球在不同時刻偏離平衡位置的位移，讓底片沿垂直x軸方向勻速運(yùn)動 E．圖象中小球的疏密顯示出相同時間內(nèi)小球位置變化的快慢不同 解析：從圖象中能看出坐標(biāo)原點(diǎn)在平衡位置，A正確．橫軸雖然是由底片勻速運(yùn)動得到的位移，但可以轉(zhuǎn)化為時間軸，彈簧振子只在y軸上振動，所以BD錯誤，C正確．圖象中相鄰彈簧振子之間的時間間隔相同，密處說明位置變化慢，E正確．故正確答案為A、

7、C、E. 答案：ACE 對彈簧振子的說明 彈簧振子有多種表現(xiàn)形式，對于不同的彈簧振子，在平衡位置處，彈簧不一定處于原長(如豎直放置的彈簧振子)，但運(yùn)動方向上的合外力一定為零，速度也一定最大． 知識點(diǎn)二| 簡諧運(yùn)動及其圖象 1．定義 如果質(zhì)點(diǎn)的位移與時間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律，即它的振動圖象(x-t圖象)是一條正弦曲線，這樣的振動叫作簡諧運(yùn)動． 2．特點(diǎn) 簡諧運(yùn)動是最簡單、最基本的振動，其振動過程關(guān)于平衡位置對稱，是一種往復(fù)運(yùn)動．彈簧振子的運(yùn)動就是簡諧運(yùn)動． 3．簡諧運(yùn)動的圖象(如圖所示) (1)簡諧運(yùn)動的圖象是振動物體的位移隨時間的變化規(guī)律． (2)

8、簡諧運(yùn)動的圖象是正弦(或余弦)曲線，從圖象上可直接看出不同時刻振動質(zhì)點(diǎn)的位移大小和方向、速度大小和方向的變化趨勢． 1．彈簧振子的運(yùn)動是簡諧運(yùn)動． (√) 2．振子的位移相同時，速度也相同． (×) 3．簡諧運(yùn)動的圖象都是正弦或余弦曲線． (√) 1．簡諧運(yùn)動的圖象是否是振動物體的運(yùn)動軌跡？ 【提示】　不是．簡諧運(yùn)動的圖象是描述振動物體的位移隨時間變化的規(guī)律，并不是物體的運(yùn)動軌跡． 2．簡諧運(yùn)動中振動物體通過某一位置時，加速度和速度方向是否一致？ 【提示】　不一定．振動物體通過某一位置時，加速度方向始終指向平衡位置，但速度方向可能指向平衡位置，也可能背離平衡位置，故加速

9、度和速度方向不一定一致． 1．簡諧運(yùn)動的位移 位移的表示方法：以平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，以振動所在的直線為坐標(biāo)軸，規(guī)定正方向，則某時刻振子偏離平衡位置的位移可用該時刻振子所在位置的坐標(biāo)來表示． 2．簡諧運(yùn)動的速度 (1)物理含義：速度是描述振子在平衡位置附近振動快慢的物理量．在所建立的坐標(biāo)軸(也稱“一維坐標(biāo)系”)上，速度的正負(fù)號表示振子運(yùn)動方向與坐標(biāo)軸的正方向相同或相反． (2)特點(diǎn)：如圖所示為一簡諧運(yùn)動的模型，振子在O點(diǎn)速度最大，在A、B兩點(diǎn)速度為零． 3．簡諧運(yùn)動的加速度 (1)計算方式：a＝－，式中m表示振子的質(zhì)量，k表示比例系數(shù)，x表示振子距平衡位置的位移． (

10、2)特點(diǎn)：加速度大小呈線性變化，方向只在平衡位置發(fā)生改變． 4．根據(jù)振動圖象獲取信息 (1)可直接讀出振子在某一時刻相對于平衡位置的位移大?。? (2)可直接讀出振子正(負(fù))位移的最大值． (3)可判斷某一時刻振動物體的速度方向和加速度方向，以及它們的大小和變化趨勢． 4．如圖所示的彈簧振子，O點(diǎn)為它的平衡位置，當(dāng)振子m離開O點(diǎn)，再從A點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn)時，下列說法正確的是(　　) A．位移大小為OC B．位移方向向右 C．位移大小為AC D．位移方向向左 E．振子從A點(diǎn)到運(yùn)動到C點(diǎn)時，加速度方向與速度方向相同 解析：振子離開平衡位置，以O(shè)點(diǎn)為起點(diǎn)，C點(diǎn)為終點(diǎn)，位移大小為

11、OC，方向向右，從A到O是加速運(yùn)動．選項(xiàng)A、B、E正確． 答案：ABE 5．如圖所示是某振子做簡諧運(yùn)動的圖象，以下說法中正確的是(　　) A．因?yàn)檎駝訄D象可由實(shí)驗(yàn)直接得到，所以圖象就是振子實(shí)際運(yùn)動的軌跡 B．振動圖象反映的是振子位移隨時間變化的規(guī)律，并不是振子運(yùn)動的實(shí)際軌跡 C．振子在B位置的位移就是曲線BC的長度 D．振子運(yùn)動到B點(diǎn)時的速度方向沿x軸負(fù)方向 E．振子運(yùn)動到C點(diǎn)時，加速度為零，速度最大 解析：振動圖象表示位移隨時間的變化規(guī)律，并不是運(yùn)動軌跡，B對，A，C錯．由簡諧運(yùn)動規(guī)律知D、E對． 答案：BDE 6．如圖所示是表示一質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動的圖象，下列說法正確的

12、是(　　) A．t＝0時刻振子的加速度最大 B．t1時刻振子正通過平衡位置向正方向運(yùn)動 C．t2時刻振子的位移最大 D．t3時刻振子正通過平衡位置向正方向運(yùn)動 E．該圖象是從平衡位置開始計時畫出的 解析：從圖象可以看出，t＝0時刻，振子在正的最大位移處，因此是從正的最大位移處開始計時畫出的圖象，A項(xiàng)正確，E項(xiàng)錯誤；t1時刻以后振子的位移為負(fù)，因此是通過平衡位置向負(fù)方向運(yùn)動，B項(xiàng)錯誤；t2時刻振子在負(fù)的最大位移處，因此可以說是在最大位移處，C項(xiàng)正確；t3時刻以后，振子的位移為正，所以該時刻正通過平衡位置向正方向運(yùn)動，D項(xiàng)正確． 答案：ACD 分析簡諧運(yùn)動圖象問題的三點(diǎn)提醒 (1)簡諧運(yùn)動的位移—時間圖象反映的是質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移隨時間變化的規(guī)律，簡諧運(yùn)動的圖象并不是質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，運(yùn)動軌跡的長度也不是正弦或余弦圖線拉開后的長度． (2)在x-t圖象上，質(zhì)點(diǎn)在某時刻的位移，即為此時刻對應(yīng)的縱坐標(biāo)． (3)質(zhì)點(diǎn)在某段時間內(nèi)的路程(軌跡的長度)，需結(jié)合振動質(zhì)點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)動軌跡進(jìn)行計算． - 7 -