高中物理 第一章 機(jī)械振動 第1講 簡諧運(yùn)動課件 教科版選修34

預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義第第1講簡諧運(yùn)動講簡諧運(yùn)動預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義目標(biāo)定位1.知道什么叫機(jī)械振動，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.掌握簡諧運(yùn)動的動力學(xué)特征，明確回復(fù)力的概念.4.知道什么是振動的振幅、周期和頻率.5.理解簡諧運(yùn)動在一次全振動過程中的位移、回復(fù)力、加速度、速度、動能、勢能的變化情況預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義 一、機(jī)械振動物體(或物體的某一部分)在某一位置兩側(cè)所做的_運(yùn)動，叫做機(jī)械振動，通常簡稱為_這個位置稱為_往復(fù)往復(fù) 振動振動 平衡位置平衡位置 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義 二、簡諧運(yùn)動 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，彈簧的質(zhì)量比小球的質(zhì)量_，也可以忽略不計，這樣的系統(tǒng)稱為彈簧振子其中的小球常稱為振子摩擦摩擦 小得多小得多 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義 2回復(fù)力：當(dāng)小球偏離平衡位置時，受到的指向_的力 3簡諧運(yùn)動：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)動叫做簡諧運(yùn)動 4簡諧運(yùn)動是最簡單、最基本的振動平衡位置平衡位置 正比正比 平衡位置平衡位置 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義 三、振幅、周期和頻率 1振幅：振動物體離開平衡位置的_物理意義：振幅是表示振動_的物理量 2周期和頻率(1)周期：振子完成一次_所用的時間，用T表示，單位是秒，符號是_.(2)頻率：單位時間內(nèi)完成全振動的_，用f表示，單位是赫茲，符號是_.(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_的物理量最大距離最大距離 強(qiáng)弱強(qiáng)弱 全振動全振動 s 次數(shù)次數(shù) Hz 快慢快慢 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義想一想振幅就是振動物體離開平衡位置的最大位移嗎？為什么？答案不是振幅是一個標(biāo)量它是指物體離開平衡位置的最大距離它既沒有負(fù)值，也無方向，而最大位移既有大小，也有方向，所以振幅不同于最大位移預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義 四、簡諧運(yùn)動的能量 1振動系統(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，振動系統(tǒng)的總機(jī)械能_ 3簡諧運(yùn)動是一個_模型想一想彈簧振子在振動過程中動能與勢能相互轉(zhuǎn)化，振子的位移x、回復(fù)力F、 加速度a、速度v四個物理量中有哪幾個與動能的變化步調(diào)一致？答案只有速度v.勢能勢能 動能動能 守恒守恒 理想化理想化 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義 1簡諧運(yùn)動的位移簡諧運(yùn)動的位移是矢量，是從平衡位置指向振動質(zhì)點(diǎn)所在位置的有向線段注意：簡諧運(yùn)動的位移和一般運(yùn)動中的位移有很大區(qū)別，一般運(yùn)動中的位移都是由初位置指向末位置，而簡諧運(yùn)動的位移都是由平衡位置指向振動質(zhì)點(diǎn)所在位置一、對簡諧運(yùn)動的理解一、對簡諧運(yùn)動的理解預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義 2簡諧運(yùn)動的回復(fù)力(1)回復(fù)力是指將振動物體拉回到平衡位置的力，它可以是物體所受的合外力，也可以是一個力或某一個力的分力，而不是一種新的性質(zhì)力預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義(2)簡諧運(yùn)動的回復(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))，其值由振動系統(tǒng)決定，與振幅無關(guān)“”號表示回復(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)相對平衡位置的位移，不一定是彈簧的伸長量或壓縮量回復(fù)力的作用總是把物體拉向平衡位置預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義解析因位移、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速度越來越大，但加速度越來越小，振子做加速運(yùn)動，但不是勻加速運(yùn)動振子由ON速度越來越小，但加速度越來越大，振子做減速運(yùn)動，但不是勻減速運(yùn)動，故D選項(xiàng)錯誤答案C預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義借題發(fā)揮彈簧振子位于關(guān)于平衡位置對稱的兩點(diǎn)時，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，也可能相反預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義 針對訓(xùn)練1(多選)如圖3所示，一個彈簧振子做簡諧運(yùn)動，關(guān)于彈簧振子的位移和加速度的下列說法正確的是()A位移最大時，加速度最大B位移最小時，加速度最大C位移最大時，速度最大D位移最小時，速度最大解析根據(jù)簡諧運(yùn)動的位移和回復(fù)力的關(guān)系可知，彈簧振子的位移最大時，加速度最大，選項(xiàng)A正確，B錯誤；彈簧振子的速度為零時，加速度為零，速度最大，選項(xiàng)C錯誤，D正確答案AD預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義 1對全振動的理解正確理解全振動的概念，應(yīng)注意把握全振動的五種特征(1)振動特征：一個完整的振動過程(2)物理量特征：位移(x)、速度(v)第一次同時與初始狀態(tài)相同，即物體從同一方向回到出發(fā)點(diǎn)(3)時間特征：歷時一個周期(4)路程特征：振幅的4倍(5)相位特征：增加2.二、描述簡諧運(yùn)動的物理量二、描述簡諧運(yùn)動的物理量預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義 【例2】彈簧振子在AB間做簡諧運(yùn)動，O為平衡位置，AB間距離是20 cm，A到B運(yùn)動時間是2 s，如圖4所示，則()A從OBO振子做了一次全振動B振動周期為2 s，振幅是10 cmC從B開始經(jīng)過6 s，振子通過的路程是60 cmD從O開始經(jīng)過3 s，振子處在平衡位置預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義答案C預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義 1簡諧運(yùn)動的能量(1)不考慮阻力，彈簧振子振動過程中只有彈力做功，在任意時刻的動能與勢能之和不變，即機(jī)械能守恒(2)簡諧運(yùn)動的機(jī)械能由振幅決定對同一振動系統(tǒng)來說，振幅越大，振動的能量越大如果沒有能量損耗，振幅保持不變，它將永不停息地振動下去，因此簡諧運(yùn)動又稱等幅振動三、簡諧運(yùn)動的能量及運(yùn)動中各物理量的變化三、簡諧運(yùn)動的能量及運(yùn)動中各物理量的變化預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義 2簡諧運(yùn)動中各量的變化情況如圖5所示的彈簧振子預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義位置位置AAOOOBB位移的大小位移的大小最大最大 0 最大最大加速度的大小加速度的大小最大最大 0最大最大速度的大小速度的大小0最大最大0動能動能0最大最大0勢能勢能最大最大0最大最大總機(jī)械能總機(jī)械能不變不變不變不變不變不變不變不變不變不變預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義 【例3】如圖6所示，一水平彈簧振子在A、B間做簡諧運(yùn)動，平衡位置為O，已知振子的質(zhì)量為M.預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義(1)簡諧運(yùn)動的能量取決于_，物體振動時動能和_能相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能_(2)振子在振動過程中，下列說法中正確的是()A振子在平衡位置，動能最大，勢能最小B振子在最大位移處，勢能最大，動能最小C振子在向平衡位置運(yùn)動時，由于振子振幅減小，故總機(jī)械能減小D在任意時刻，動能與勢能之和保持不變(3)若振子運(yùn)動到B處時將一質(zhì)量為m的物體放到M的上面，且m和M無相對滑動而一起運(yùn)動，下列說法正確的是()A振幅不變B振幅減小C最大動能不變D最大動能減小預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義 針對訓(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兩個小物塊粘在一起組成的物塊在光滑水平桌面上左右振動振幅為A0，周期為T0.當(dāng)物塊向右通過平衡位置時，a、b之間的粘膠脫開；以后小物塊a振動的振幅和周期分別為A和T，則：A_A0(填“”“”“”或“”)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課堂講義課堂講義解析小球通過平衡位置時彈性勢能為零，動能最大向右通過平衡位置，a由于受到彈簧彈力做減速運(yùn)動，b做勻速運(yùn)動小物塊a與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能小于原來系統(tǒng)的機(jī)械能，所以小物塊a的振幅減小，AA0，由于振子質(zhì)量減小可知加速度增大，周期減小，TT0.答案