高二物理課件人教選修三 簡諧運動1

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歡迎進入物理課堂 簡諧運動 用單擺測定重力加速度 實驗 共振條件 振動頻率等于驅動力頻率 單擺 彈簧振子 能量轉化 振動圖像 運動分析 受力特點 描述振動的物理量 兩個條件 一 知識結構 一 定義 物體在平衡位置附近所做的往復運動 機械振動 一 定義 二 兩個條件 1 受到回復力的作用 2 受到的阻力足夠小 物體在平衡位置附近所做的往復運動 機械振動 振動物體停止振動時所處的位置 即回復力等于零的位置 平衡位置 回復力 使振動物體返回平衡位置 總是指向平衡位置 回復力是根據 命名的 效果 振動物體停止振動時所處的位置 即回復力等于零的位置 平衡位置 作用 方向 彈簧的彈力 重力與彈力的合力 回復力 重力沿圓弧方向的切向分力 水平放置的彈簧振子在光滑水平面上振動時 豎直吊掛的彈簧振子在豎直平面內振動時 單擺做圓弧運動 Hz 振動質點在單位時間內完成全振動的次數 3 頻率f 振動快慢 s 指完成一次全振動所用的時間 2 周期T 振動強弱 m 振動質點離開平衡位置的最大位移 1 振幅A 描述振動的物理量 練習 1 一次全振動的過程 就是振動物體A 從任意位置出發(fā) 又回到這個位置B 從一側最大偏移位置運動到另一側最大偏移位置C 從某一位置出發(fā) 又以同一運動方向回到此位置D 經歷的路程不一定是振幅的四倍 C 簡諧運動受力特點 回復力的大小與位移成正比 方向與位移方向相反 即回復力始終指向平衡位置 回復力 加速度 是相對平衡位置的位移 它總是以平衡位置為始點 方向由平衡位置指向物體所在位置 位移的大小等于這兩個位置之間的距離 振動物體的位移 OB段的位移方向 答 始終向左 P點的位移 答 O P 練習 2 彈簧振子做簡諧運動 振子的位移達到振幅的一半時 回復力的大小跟振子達到最大位移時回復力大小之比是 加速度的大小跟振子達到最大位移時之比為 1 2 1 2 簡諧運動分析 特點 具有往復性 對稱性 周期性 例1 分析圖中的彈簧振子在一次全振動過程中的位移 回復力 加速度 速度如何變化 并填入下面的表中 然后指出振子的速度 加速度 回復力最大和為零的位置 運動分析 運動的方向 指向平衡位置 指向平衡位置 背離平衡位置 max 0 0 max 0 max max 0 max 0 max 0 0 max max 0 max 0 0 max 0 max 0 max max 0 0 max max max 0 max max 0 0 0 振子的運動情況分別是下列說法的哪一個 在由C到O的過程中 由O到B的過程中 A 勻加速運動B 加速度不斷減小的加速運動C 加速度不斷增大的加速運動D 加速度不斷減小的減速運動E 加速度不斷增大的減速運動 B E 拓展 例2 例2 一彈簧振子做簡諧運動 周期為T 下列敘述正確的是 A 若t時刻和 t t 時刻振子運動的位移大小相等 方向相同 則 t一定等于T的整數倍 B 若t時刻和 t t 時刻振子運動的運動速度大小相等 方向相反 則 t一定等于T 2的整數倍 C 若 t T 則在t時刻和 t t 時刻振子運動的加速度一定相同 D 若 t T 2 則在t時刻和 t t 時刻彈簧的長度一定相等 C 動畫 分析 對稱性 A 若t時刻和 t t 時刻振子運動的位移大小相等 方向相同 則 t一定等于T的整數倍 t1 t5 t6 t2 B 若t時刻和 t t 時刻振子運動的運動速度大小相等 方向相反 則 t一定等于T 2的整數倍 t1 t3 t6 t2 C 若 t T 則在t時刻和 t t 時刻振子運動的加速度一定相同 t1 t5 D 若 t T 2 則在t時刻和 t t 時刻彈簧的長度一定相等 t1 t3 拓展 拓展 一個質點在平衡位置O點附近做簡諧運動 若從O點開始計時 經過3s質點第一次經過M點 若再繼續(xù)運動 又經過2s它第二次經過M點 則質點第三次經過M點所需要的時間是 8s 4s 14s 10 3 sA B C D D 分析 例3 3s 2s t 1s 1s 向右 O M 向左 M O 3s 1s 1s 2s t 例3 如圖 輕彈簧的勁度系數k 39 2N m 物體A的質量mA 0 1kg 物體B的質量mB 0 2kg 兩物塊間接觸水平 最大靜摩擦力F 1 96N 為使兩物體在光滑水平面上一起做簡諧運動 它們之間不發(fā)生相對滑動 振動的最大振幅應為多大 分析 已知 k 39 2N m mA 0 1kg mB 0 2kg F 1 96N 問A A的最大加速度 A B一起做簡諧運動的最大加速度 最大回復力 最大振幅 aA F mA 19 6m s2 a aA 19 6m s2 F mA mB a 5 88N A F k 0 15m 例3分析 拓展 如圖 質量為m的物體A放置在質量為M的物體B上 B與彈簧相連 它們一起在光滑水平面上做簡諧運動 振動過程中 A B間無相對運動 設彈簧的勁度系數為k 當物體離開平衡位置為x時 A B間的摩擦力大小等于 A 0B kC D D 拓展 簡諧運動是機械振動中最簡單 最基本的一種周期性運動 正確理解位移 回復力 振幅 周期 頻率等基本概念是學習本章的基礎 應用振動圖像分析做簡諧運動的質點各物理量的變化規(guī)律是本章的重點和難點 利用能量觀點分析簡諧運動的能量轉化情況在實際中有廣泛的應用 小結 謝謝 同學們再見 振動圖像 定義 簡諧運動的 位移 時間 圖像稱為振動圖像 反映振動質點的位移隨時間變化的規(guī)律 是一條 曲線 意義 正弦或余弦 判斷 振動圖像是振動質點的運動軌跡 答 例如 彈簧振子的運動時的軌跡是一段直線 而不是正弦曲線 演示 5 如圖所示 下列說法正確的是A t1和t3時刻質點的速度相同B 從t1到t2這段時間內質點速度方向和加速度方向相同C 從t2到t3這段時間內速度變小 而加速度變大D t1和t3時刻質點的加速度方向相同 D 13 一個質點做簡諧運動的圖像如圖所示下列說法正確的是 A 質點的振動頻率為4HzB 在10s內質點經過的路程是20cmC 在t 5s末 加速度為正向最大D 在t 1 5s和t 4 5s的兩時刻質點的位移大小相等 BD 19 一個質量為m 0 1kg的振子 拴在一個勁度系數為k 10N m的輕彈簧上 做簡諧運動的圖像如圖所示 則振子的振幅A cm 頻率f Hz 振動的最大正向加速度amax m s2 出現在t s時刻 振動的最大反向速度出現在t s時刻 5 0 2 0 3 5 2 5 1 單擺模型 將一根輕且不可伸長的細線一端固定于懸點 另一端系一質量大而體積小的鋼球 2 回復力 使單擺回到平衡位置的回復力是重力沿圓弧方向的切向分力G1 當偏角很小時 故偏角很小時 單擺的振動是簡諧振動 3 單擺的周期 當單擺做簡諧運動時 其固有周期只與擺長和當地的重力加速度有關 而與擺球的質量無關 與振幅無關 擺長L是懸點到球心的距離 只適用于懸點靜止 且擺球在豎直平面內運動 求等效重力加速度的基本步驟 a 確定擺球的平衡位置 b 求出擺球相對于懸點靜止在平衡位置時擺線的拉力T 即等效重力 c 計算等效重力加速度練習 四 實驗 用單擺測重力加速度1 原理 2 器材 長約1m的細線 較重的帶孔小球 帶有鐵夾的鐵架臺 游標卡尺 毫米刻度尺 秒表 3 步驟 a 做成單擺b 用米尺量懸線長 用有標卡尺測擺球的直徑d 計算擺長c 測出單擺做30 50次全振動的時間 計算單擺周期 d 根據周期公式 計算重力加速度e 變更擺長 重做幾次 計算出每次的重力加速度 并求幾次實驗的平均值 注意事項 細線 彈性要小 擺球 密度 質量較大 擺線 懸點要固定 擺角 小于10 擺長 懸線長 小球半徑 計時 擺球過平衡位置開始計時 數零同時按下秒表 測完成30 50次全振動的時間 五 受迫振動 共振物體在周期性外力作用下的振動叫做受迫振動 物體做受迫振動的頻率等于驅動力的頻率 而跟固有頻率無關 當驅動力的頻率與物體的固有頻率相等時 受迫振動的振幅最大 即發(fā)生共振現象 六 振動的能量振動系統(tǒng)的能量與振動的振幅有關 如果沒有摩擦力和空氣阻力 在簡諧運動過程中就只有動能和勢能的相互轉化 振動的機械能守恒 實際的振動總是要受到摩擦和阻力 因此在振動過程中需要不斷克服外界阻力做功而消耗能量 振幅會逐漸減小 最終停下來 簡諧運動是機械振動中最簡單 最基本的一種周期性運動 正確理解位移 回復力 振幅 周期 頻率等基本概念是學習本章的基礎 應用振動圖像分析做簡諧運動的質點各物理量的變化規(guī)律是本章的重點和難點 利用能量觀點分析簡諧運動的能量轉化情況在實際中有廣泛的應用 小結 振動圖像 定義 簡諧運動的 位移 時間 圖像稱為振動圖像 反映振動質點的位移隨時間變化的規(guī)律 是一條 曲線 意義 正弦或余弦 判斷 振動圖像是振動質點的運動軌跡 答 例如 彈簧振子的運動時的軌跡是一段直線 而不是正弦曲線 演示 物理量分析 位移越大 勢能越大 機械能守恒 勢能 動能 方向 下一時刻質點的位置大小 位移越小 速度越大 速度 回復力F 加速度a T 完整正弦圖形在時間軸上對應的長度f 周期T 頻率f 最大位移的大小 振幅A 直接讀出 任一時刻的位移x 判斷方法 物理量 練習 k 2N cm m 10kg 振子連續(xù)兩次通過P位置 下列各量哪些是相同的 位移 回復力 加速度 動能 勢能 速率 速度 動量 練習 6 關于簡諧運動 下列說法錯誤的是A 回復力的方向總是跟位移的方向相反B 加速度的方向總是跟位移的方向相反C 速度方向有時與位移方向相同 有時與位移方向相反D 簡諧運動屬于勻變速運動 D 運動過程中 各物理量的變化情況 描述振動的物理量 運動分析 描述振動的物理量 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全