第1节　简谐运动（课件 教案 学案 练习四份打包）高中物理人教版（2019）选择性必修第一册

第1节　简谐运动 学习目标　1.知道弹簧振子是一种理想化模型，理解振动的平衡位置和位移。2.理解弹簧振子的位移—时间图像，知道简谐运动的特点。3.会结合简谐运动的图像分析弹簧振子运动过程的特点。 知识点一　弹簧振子 钟摆的来回摆动，水中浮标的上下浮动，担物行走时扁担下物体的颤动，树梢在微风中的摇摆……在生活中我们会观察到很多类似的运动。这些运动的共同点是什么？ 提示　共同点都是以某个位置为中心来回往复运动。 1.机械振动：物体或物体的一部分在一个位置的附近的往复运动称为机械振动，简称振动。 2.平衡位置：弹簧未形变时，物体所受合力为0，处于平衡位置。 3.弹簧振子 (1)组成：小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子，简称振子。 (2)理想化模型：弹簧振子是一种理想化模型，条件满足 ①弹簧的质量与小球相比可以忽略。 ②小球运动时空气阻力很小可以忽略。 ③小球与杆之间无摩擦。 4.振子的位移：振子相对平衡位置的位移。即从平衡位置指向振子所在位置的有向线段。 【思考】 1.弹簧振子一旦振动起来还会停下来吗？弹簧振子在平衡位置附近做什么运动？ 提示　不会，往复运动。 2.如图，当振子从平衡位置O向N点运动时，位移的方向和大小的变化情况如何？从N向O呢？从O向M呢？从M向O呢？ 提示　从O向N：位移的方向水平向右，位移的大小逐渐增大；从N向O：位移方向水平向右，大小逐渐减小；从O到M：位移方向水平向左，大小逐渐增大；从M到O，位移方向水平向左，大小逐渐减小。 3.上图中的弹簧振子在O—N—O—M—O运动过程中，速度大小和加速度大小是怎样变化的？ 提示　速度先减小后增大再减小再增大，加速度先增大后减小再增大再减小。 4.下图中振子在平衡位置时弹簧处于什么状态？振子的受力情况如何？ 提示　甲原长，乙拉伸状态，丙拉伸状态；振子所受合力均为0。 例1 (多选)如图所示，弹簧下端悬挂一钢球，上端固定在天花板上，它们组成一个振动的系统。开始时钢球静止，现用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动起来，若以竖直向下为正方向，下列说法正确的是(　　) A.钢球的最低处为平衡位置 B.钢球原来静止时的位置为平衡位置 C.钢球振动到距原静止位置下方3 cm处时位移为3 cm D.钢球振动到距原静止位置上方2 cm处时位移为2 cm 答案　BC 解析　钢球的平衡位置为钢球原来静止时的位置，故A错误，B正确；钢球的位移为从平衡位置指向某时刻钢球所在位置的有向线段，由于竖直向下为正方向，可知C正确，D错误。 例2 如图所示，水平方向上有一弹簧振子，O点是其平衡位置，振子在a和b之间振动，关于振子，下列说法正确的是(　　) A.在a点时加速度最大，速度最大 B.在O点时速度最大，位移最大 C.在b点时位移最大，速度最小 D.在b点时加速度最大，速度最大 答案　C 解析　O点为弹簧振子的平衡位置，振子在O点时加速度为零，位移为零，速度最大，故B错误；振子在a、b两点时，位移最大，加速度最大，速度为零，故A、D错误，C正确。 知识点二　弹簧振子的位移—时间图像 1.获取图像的目的 为了了解弹簧振子运动的特点。 2.获取图像的方法 利用频闪照相、照相机连拍或用摄像机摄像后逐帧观察的方式。拍摄时底片从下向上匀速运动，频闪仪每隔相同的时间闪光一次，从而得到闪光时小球的位置，因此在底片上留下了小球和弹簧的一系列的像。 3.图像的建立 以小球的平衡位置为坐标原点建立坐标系，横轴表示时间，纵轴表示小球的位移。并规定正方向，在坐标系中标出各时刻小球球心的位置，用曲线把各点连接起来，就是小球的位移—时间图像，即x－t图像，即振动图像，如图所示。 【思考】 1.振子的位移—时间图像是振子的运动轨迹吗？ 提示　图像描述的是振子的位移随时间的变化规律，并不是振子的运动轨迹。 ... ...