2017-2018學(xué)年高中物理 第一章 機(jī)械振動(dòng) 第1講 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)課件 教科版選修3-4.ppt

第1講簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),目標(biāo)定位1.知道什么叫機(jī)械振動(dòng)，什么叫平衡位置.2.知道什么是彈簧振子，理解振子的位移.3.掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征，明確回復(fù)力的概念.4.知道什么是振動(dòng)的振幅、周期和頻率.5.理解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)在一次全振動(dòng)過(guò)程中的位移、回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能、勢(shì)能的變化情況,一、機(jī)械振動(dòng)物體(或物體的某一部分)在某一位置兩側(cè)所做的_運(yùn)動(dòng)，叫做機(jī)械振動(dòng)，通常簡(jiǎn)稱為_(kāi)這個(gè)位置稱為_(kāi),往復(fù),振動(dòng),平衡位置,二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)1振子模型：如圖1所示，如果小球與水平桿之間的_忽略不計(jì)，彈簧的質(zhì)量比小球的質(zhì)量_，也可以忽略不計(jì)，這樣的系統(tǒng)稱為彈簧振子其中的小球常稱為振子,摩擦,小得多,2回復(fù)力：當(dāng)小球偏離平衡位置時(shí)，受到的指向_的力3簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)：如果物體所受的力與它偏離平衡位置的位移大小成_，并且總指向_，則物體所做的運(yùn)動(dòng)叫做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)4簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本的振動(dòng),平衡位置,正比,平衡位置,三、振幅、周期和頻率1振幅：振動(dòng)物體離開(kāi)平衡位置的_物理意義：振幅是表示振動(dòng)_的物理量2周期和頻率(1)周期：振子完成一次_所用的時(shí)間，用T表示，單位是秒，符號(hào)是_.(2)頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成全振動(dòng)的_，用f表示，單位是赫茲，符號(hào)是_.(3)周期與頻率的關(guān)系：f_.(4)物理意義：周期和頻率都是表示振動(dòng)_的物理量,最大距離,強(qiáng)弱,全振動(dòng),s,次數(shù),Hz,快慢,想一想振幅就是振動(dòng)物體離開(kāi)平衡位置的最大位移嗎？為什么？答案不是振幅是一個(gè)標(biāo)量它是指物體離開(kāi)平衡位置的最大距離它既沒(méi)有負(fù)值，也無(wú)方向，而最大位移既有大小，也有方向，所以振幅不同于最大位移,四、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量1振動(dòng)系統(tǒng)的總機(jī)械能：彈簧的_和振子的_之和2如果不考慮摩擦和空氣阻力，振動(dòng)系統(tǒng)的總機(jī)械能_3簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一個(gè)_模型想一想彈簧振子在振動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，振子的位移x、回復(fù)力F、加速度a、速度v四個(gè)物理量中有哪幾個(gè)與動(dòng)能的變化步調(diào)一致？答案只有速度v.,勢(shì)能,動(dòng)能,守恒,理想化,1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移是矢量，是從平衡位置指向振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)所在位置的有向線段注意：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移和一般運(yùn)動(dòng)中的位移有很大區(qū)別，一般運(yùn)動(dòng)中的位移都是由初位置指向末位置，而簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移都是由平衡位置指向振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)所在位置,一、對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的理解,2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力(1)回復(fù)力是指將振動(dòng)物體拉回到平衡位置的力，它可以是物體所受的合外力，也可以是一個(gè)力或某一個(gè)力的分力，而不是一種新的性質(zhì)力,(2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力：Fkxk是比例系數(shù)，并非彈簧的勁度系數(shù)(水平彈簧振子中k為彈簧的勁度系數(shù))，其值由振動(dòng)系統(tǒng)決定，與振幅無(wú)關(guān)“”號(hào)表示回復(fù)力的方向與偏離平衡位置的位移的方向相反x是指質(zhì)點(diǎn)相對(duì)平衡位置的位移，不一定是彈簧的伸長(zhǎng)量或壓縮量回復(fù)力的作用總是把物體拉向平衡位置,解析因位移、速度、加速度和彈力都是矢量，它們要相同必須大小相等、方向相同，M、N兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱，振子所受彈力應(yīng)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、B選項(xiàng)錯(cuò)誤振子在M、N兩點(diǎn)的加速度雖然方向相反，但大小相等，故C選項(xiàng)正確振子由MO速度越來(lái)越大，但加速度越來(lái)越小，振子做加速運(yùn)動(dòng)，但不是勻加速運(yùn)動(dòng)振子由ON速度越來(lái)越小，但加速度越來(lái)越大，振子做減速運(yùn)動(dòng)，但不是勻減速運(yùn)動(dòng)，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤答案C,借題發(fā)揮彈簧振子位于關(guān)于平衡位置對(duì)稱的兩點(diǎn)時(shí)，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,針對(duì)訓(xùn)練1(多選)如圖3所示，一個(gè)彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，關(guān)于彈簧振子的位移和加速度的下列說(shuō)法正確的是()A位移最大時(shí)，加速度最大B位移最小時(shí)，加速度最大C位移最大時(shí)，速度最大D位移最小時(shí)，速度最大解析根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移和回復(fù)力的關(guān)系可知，彈簧振子的位移最大時(shí)，加速度最大，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；彈簧振子的速度為零時(shí)，加速度為零，速度最大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確答案AD,1對(duì)全振動(dòng)的理解正確理解全振動(dòng)的概念，應(yīng)注意把握全振動(dòng)的五種特征(1)振動(dòng)特征：一個(gè)完整的振動(dòng)過(guò)程(2)物理量特征：位移(x)、速度(v)第一次同時(shí)與初始狀態(tài)相同，即物體從同一方向回到出發(fā)點(diǎn)(3)時(shí)間特征：歷時(shí)一個(gè)周期(4)路程特征：振幅的4倍(5)相位特征：增加2.,二、描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量,【例2】彈簧振子在AB間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，O為平衡位置，AB間距離是20cm，A到B運(yùn)動(dòng)時(shí)間是2s，如圖4所示，則()A從OBO振子做了一次全振動(dòng)B振動(dòng)周期為2s，振幅是10cmC從B開(kāi)始經(jīng)過(guò)6s，振子通過(guò)的路程是60cmD從O開(kāi)始經(jīng)過(guò)3s，振子處在平衡位置,答案C,1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量(1)不考慮阻力，彈簧振子振動(dòng)過(guò)程中只有彈力做功，在任意時(shí)刻的動(dòng)能與勢(shì)能之和不變，即機(jī)械能守恒(2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能由振幅決定對(duì)同一振動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，振幅越大，振動(dòng)的能量越大如果沒(méi)有能量損耗，振幅保持不變，它將永不停息地振動(dòng)下去，因此簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)又稱等幅振動(dòng),三、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量及運(yùn)動(dòng)中各物理量的變化,2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各量的變化情況如圖5所示的彈簧振子,【例3】如圖6所示，一水平彈簧振子在A、B間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，平衡位置為O，已知振子的質(zhì)量為M.,(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量取決于_，物體振動(dòng)時(shí)動(dòng)能和_能相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能_(2)振子在振動(dòng)過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是()A振子在平衡位置，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小B振子在最大位移處，勢(shì)能最大，動(dòng)能最小C振子在向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于振子振幅減小，故總機(jī)械能減小D在任意時(shí)刻，動(dòng)能與勢(shì)能之和保持不變(3)若振子運(yùn)動(dòng)到B處時(shí)將一質(zhì)量為m的物體放到M的上面，且m和M無(wú)相對(duì)滑動(dòng)而一起運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()A振幅不變B振幅減小C最大動(dòng)能不變D最大動(dòng)能減小,針對(duì)訓(xùn)練2如圖7所示，一輕彈簧一端固定，另一端連接一物塊構(gòu)成彈簧振子，該物塊是由a、b兩個(gè)小物塊粘在一起組成的物塊在光滑水平桌面上左右振動(dòng)振幅為A0，周期為T0.當(dāng)物塊向右通過(guò)平衡位置時(shí)，a、b之間的粘膠脫開(kāi)；以后小物塊a振動(dòng)的振幅和周期分別為A和T，則：A_A0(填“>”“”“<”或“”),解析小球通過(guò)平衡位置時(shí)彈性勢(shì)能為零，動(dòng)能最大向右通過(guò)平衡位置，a由于受到彈簧彈力做減速運(yùn)動(dòng)，b做勻速運(yùn)動(dòng)小物塊a與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能小于原來(lái)系統(tǒng)的機(jī)械能，所以小物塊a的振幅減小，A<A0，由于振子質(zhì)量減小可知加速度增大，周期減小，T<T0.答案<<,