2018-2019學(xué)年高中物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 第1節(jié) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-4.ppt

第十一章機(jī)械振動(dòng),1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),讀一讀,辨一辨,一、彈簧振子及其位移時(shí)間圖象閱讀教材第2頁(yè),知道機(jī)械振動(dòng)的概念,知道彈簧振子及其相關(guān)物理概念。1.機(jī)械振動(dòng)的定義是什么?答案：物體(或物體的一部分)在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng),叫作機(jī)械振動(dòng),簡(jiǎn)稱振動(dòng)。2.平衡位置是什么位置?答案：物體原來(lái)靜止時(shí)的位置叫作平衡位置。3.彈簧振子的位移時(shí)間圖象中位移是什么?答案：研究振動(dòng)時(shí)所說(shuō)的位移,都是對(duì)于平衡位置的位移。因此,字母x具有雙重意義:它既表示小球的位置(坐標(biāo)),又表示小球的位移。,讀一讀,辨一辨,二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及其圖象閱讀教材第3、4頁(yè),知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),初步掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。1.什么是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)?答案：如果質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律,即它的振動(dòng)圖象(x-t圖象)是一條正弦曲線,這樣的振動(dòng)叫作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。2.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn)?答案：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本的機(jī)械振動(dòng),其振動(dòng)過(guò)程關(guān)于平衡位置對(duì)稱,是一種往復(fù)運(yùn)動(dòng)。彈簧振子的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。,讀一讀,辨一辨,1.思考辨析(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)就是指彈簧振子的運(yùn)動(dòng)。()解析：只要運(yùn)動(dòng)的x-t圖象滿足正余弦曲線,該運(yùn)動(dòng)即為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。答案：(2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是機(jī)械振動(dòng)中最簡(jiǎn)單、最基本的一種運(yùn)動(dòng)。()答案：,讀一讀,辨一辨,2.探究討論。(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的x-t圖象是質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡嗎?答案：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象反映的是質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律,是一條正弦曲線,它不是質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。(2)彈簧振子是理想化物理模型嗎?答案：彈簧振子與我們學(xué)習(xí)的質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷等一樣,是理想化的物理模型,是為研究問(wèn)題而抓住主要因素、忽略次要因素的一種科學(xué)的處理方法。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,對(duì)彈簧振子和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的理解如圖所示,彈簧連接的塑料小球穿在細(xì)木桿上,該裝置是否為彈簧振子?若不計(jì)小球與桿間的摩擦,小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)B點(diǎn)時(shí),小球的位移如何表示?要點(diǎn)提示：小球?yàn)樗芰闲∏?質(zhì)量較小,因此該裝置不能看作彈簧振子;小球的位移大小為OB的長(zhǎng)度,方向由O指向B。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,1.對(duì)彈簧振子的理解(1)彈簧振子是一個(gè)理想化模型,跟前面學(xué)習(xí)的質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷等一樣,是為研究問(wèn)題而抓住主要因素、忽略次要因素的一種科學(xué)的處理方法。(2)平衡位置振子靜止時(shí)的位置,在平衡位置時(shí),小球受到的合力為零。在平衡位置時(shí),彈簧不一定處于原長(zhǎng)。(3)實(shí)際物體看作彈簧振子的四個(gè)條件彈簧的質(zhì)量比物體的質(zhì)量小得多,可以認(rèn)為整體質(zhì)量集中于物體上;構(gòu)成彈簧振子的物體體積足夠小,可以認(rèn)為物體是一個(gè)質(zhì)點(diǎn);忽略彈簧以及物體與水平桿之間的摩擦力;物體從平衡位置被拉開的位移在彈性限度內(nèi)。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,2.對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的理解(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移振動(dòng)位移可用從平衡位置指向振子所在位置的有向線段表示,方向?yàn)閺钠胶馕恢弥赶蛘褡铀谖恢?大小為平衡位置到該位置的距離。位移的表示方法:以平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn),以振動(dòng)所在的直線為坐標(biāo)軸,規(guī)定正方向,則某時(shí)刻振子偏離平衡位置的位移可用該時(shí)刻振子所在位置的坐標(biāo)來(lái)表示。(2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的速度物理含義:速度是描述振子在平衡位置附近振動(dòng)快慢的物理量。在所建立的坐標(biāo)軸上,速度的正、負(fù)號(hào)表示振子運(yùn)動(dòng)方向與坐標(biāo)軸的正方向相同或相反。特點(diǎn):平衡位置速度最大,兩端位置速度最小。,簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的位移、速度和加速度是彼此獨(dú)立的物理量,在同一位置,物體的位移和加速度的方向是一定的,而速度的方向卻有兩種可能。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,【例題1】導(dǎo)學(xué)號(hào)73884001關(guān)于水平放置的彈簧振子的運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是()A.若位移為負(fù)值,則速度一定為正值,加速度也一定為正值B.振子通過(guò)平衡位置時(shí),速度為零,加速度最大C.振子每次通過(guò)平衡位置時(shí),加速度相同,速度也一定相同D.振子每次通過(guò)同一位置時(shí),其速度不一定相同,但加速度一定相同【思考問(wèn)題】(1)水平放置的彈簧振子通過(guò)平衡位置時(shí)受到彈簧的彈力是零嗎?為什么?提示：由于彈簧在平衡位置時(shí)處于原長(zhǎng)狀態(tài),故對(duì)振子沒(méi)有彈力。(2)振子通過(guò)平衡位置時(shí)速度方向有幾種可能?提示：由于振子做往復(fù)運(yùn)動(dòng),故振子通過(guò)平衡位置時(shí)速度方向有兩種可能。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,解析：如圖所示,因?yàn)閺椈烧褡拥奈灰剖且云胶馕恢肙為起點(diǎn)的,設(shè)向右為正,則當(dāng)振子在OB段時(shí),位移為正,在OA段時(shí)位移為負(fù),可見當(dāng)振子由O向A運(yùn)動(dòng)時(shí)其位移為負(fù)值,速度也是負(fù)值,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;振子在平衡位置時(shí),彈力為零,加速度a為零,但速度最大,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;振子在平衡位置O時(shí),速度方向可以是不同的,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;位移相同時(shí),彈簧產(chǎn)生彈力相同,a相同,但振子在該點(diǎn)的速度方向可以向左,也可以向右,故選項(xiàng)D正確。答案：D歸納總結(jié)分析彈簧振子運(yùn)動(dòng)各量的變化關(guān)系時(shí),要和實(shí)際彈簧振子的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái),畫出草圖后進(jìn)行分析。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1彈簧振子在光滑水平面上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),在振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中()A.振子所受的彈力逐漸增大B.振子的位移逐漸增大C.振子的速度逐漸減小D.振子的加速度逐漸減小解析：向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)位移逐漸減小,而彈力與位移成正比,故彈簧彈力減小,由牛頓第二定律知,加速度也減小。振子向著平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí),彈力與速度方向一致,故振子的速度逐漸增大。答案：D,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的理解如圖所示,在彈簧振子的小球上固定安置一記錄用的繪圖筆P,在下面放一條白紙帶,繪圖筆可在紙上留下痕跡。(1)振子振動(dòng)時(shí)白紙不動(dòng),畫出的軌跡是怎樣的?(2)振子振動(dòng)時(shí),勻速拖動(dòng)白紙,畫出的軌跡又是怎樣的?要點(diǎn)提示：(1)一條線段。(2)一條正弦曲線。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.形狀:正弦曲線。2.物理意義:表示振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻偏離平衡位置的位移,是位移隨時(shí)間的變化規(guī)律。3.獲取信息:(1)任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)位移的大小和方向。如圖甲所示,質(zhì)點(diǎn)在t1,t2時(shí)刻的位移分別為x1和-x2。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,(2)任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向:看下一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位置,如圖乙中A點(diǎn),下一時(shí)刻離平衡位置更遠(yuǎn),故A點(diǎn)此刻向上振動(dòng)。(3)某段時(shí)間內(nèi)位移、速度、加速度的變化情況判斷:先判斷質(zhì)點(diǎn)在這段時(shí)間內(nèi)的振動(dòng)方向,從而確定各物理量的變化。如圖甲所示,質(zhì)點(diǎn)在t1時(shí)刻到t0時(shí)刻這段時(shí)間內(nèi),離平衡位置的位移變小,故質(zhì)點(diǎn)正向平衡位置運(yùn)動(dòng),速度增大,位移和加速度都變小。彈簧振子的軌跡是一條線段,振動(dòng)圖象是正弦曲線。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題2】導(dǎo)學(xué)號(hào)73884002某質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖象如圖所示,根據(jù)圖象中的信息,回答下列問(wèn)題:(1)質(zhì)點(diǎn)在第1.5s末的位移是多少?(2)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)過(guò)程中的最大位移為多少?(3)在前2s內(nèi),質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)的路程為多少?,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【思考問(wèn)題】振動(dòng)圖象描述的是質(zhì)點(diǎn)的哪些物理量之間的關(guān)系?如何分析它們之間的關(guān)系?提示：振動(dòng)圖象描述的是質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間的變化關(guān)系,要把質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況和圖象結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析。解析：(1)由x-t圖象可以讀出1.5s末質(zhì)點(diǎn)的位移為-5cm。(2)前2s內(nèi),在0.5s末和1.5s末位移最大,大小為5cm。(3)前2s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)先朝正方向運(yùn)動(dòng)一個(gè)來(lái)回,共走10cm;又在負(fù)方向上運(yùn)動(dòng)了一個(gè)來(lái)回,也為10cm,故總路程為20cm。答案：(1)-5cm(2)5cm(3)20cm,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,歸納總結(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的應(yīng)用(1)可以從圖象中直接讀出某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移大小和方向、速度方向、質(zhì)點(diǎn)的最大位移;(2)也可比較不同時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)位移的大小、速度的大小;(3)還可以預(yù)測(cè)一段時(shí)間后質(zhì)點(diǎn)位于平衡位置的正向或負(fù)向、質(zhì)點(diǎn)位移的大小與方向、速度的方向和大小的變化趨勢(shì)。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練2如圖甲所示,彈簧振子的最左端M(或最右端N)距離平衡位置的距離為L(zhǎng),規(guī)定向右為正,其振動(dòng)圖象如圖乙所示,下列說(shuō)法正確的是()A.圖中x0應(yīng)為L(zhǎng)B.Ot1時(shí)間內(nèi)振子由M向O運(yùn)動(dòng),探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析：結(jié)合題圖甲、乙可以知道t1時(shí)刻位移為正值且最大,振子位于N點(diǎn),x0應(yīng)為L(zhǎng),選項(xiàng)A正確;Ot1時(shí)間內(nèi)位移為正值,且逐漸增大,負(fù)方向運(yùn)動(dòng)到負(fù)的最大位移處,再沿正方向運(yùn)動(dòng)到位移為零處,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案：A,1234,1.(對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的理解)下列圖象能夠表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的是()答案：BCD,1234,2.(簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各物理量的變化規(guī)律)對(duì)于彈簧振子的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),下述說(shuō)法正確的是()A.振子通過(guò)平衡位置時(shí),加速度最小B.振子在最大位移處時(shí),速度最大C.振子在連續(xù)兩次通過(guò)同一位置時(shí),速度相同D.振子連續(xù)兩次通過(guò)同一位置時(shí),動(dòng)能相同解析：振子經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)加速度為零,故選項(xiàng)A正確;振子在最大位移處時(shí)速度最小,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;速度大小相同,方向相反,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;動(dòng)能是標(biāo)量,振子經(jīng)過(guò)同一位置時(shí)速度的大小相同,則動(dòng)能相同,故選項(xiàng)D正確。答案：AD,1234,3.(對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的理解)一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象如圖所示,在0.10.15s這段時(shí)間內(nèi)()A.加速度增大,速度變小,加速度和速度方向相同B.加速度增大,速度變小,加速度和速度方向相反C.加速度減小,速度變大,加速度和速度方向相同D.加速度減小,速度變大,加速度和速度方向相反解析：由題圖可知,在0.10.15s這段時(shí)間內(nèi),位移為負(fù)且增大,表明物體遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動(dòng),則加速度增大,速度減小,加速度與速度方向相反,故選項(xiàng)B正確。答案：B,1234,4.導(dǎo)學(xué)號(hào)73884003(對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的理解)一個(gè)彈簧振子經(jīng)過(guò)平衡位置O,在A、B間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),如圖甲所示,它的運(yùn)動(dòng)圖象如圖乙所示。設(shè)向右為正方向,則:(1)OB=cm。(2)0.2s末振子的速度方向是。(3)0.4s末振子的加速度方向是。(4)0.7s時(shí),振子位置在點(diǎn)與點(diǎn)之間。(5)振子從O經(jīng)B運(yùn)動(dòng)到A所需時(shí)間t=s。,1234,解析：(1)從題圖上看出OB=5cm。(2)根據(jù)正方向的規(guī)定及振動(dòng)圖象知,振子從位置B開始計(jì)時(shí),0.2s末,振子回到平衡位置O,向負(fù)方向運(yùn)動(dòng),所以此時(shí)速度方向從O指向A。(3)0.4s末振子到達(dá)A點(diǎn),位移為負(fù),彈力應(yīng)為正,此時(shí)加速度方向由A指向O。(4)0.7s時(shí),位移為正,振子在O點(diǎn)與B點(diǎn)之間。(5)從圖象上讀出振子從O經(jīng)B到A需時(shí)間t=0.23s=0.6s。答案：(1)5(2)OA(3)AO(4)OB(5)0.6,