2.1 简谐运动--高中物理选择性必修一素养提升学案

中小学教育资源及组卷应用平台 高中物理选择性必修一素养提升学案 第二章 机械振动 2.1 简谐运动 【核心素养目标】 物理观念 知道什么是弹簧振子，理解振动的平衡位置和简谐运动的概念。 科学思维 通过观察和分析理解简谐运动的位移—时间图像是一条正弦函数图线。 科学探究 通过对简谐运动图像的描绘，认识简谐运动的特点。 科学态度与责任 通过对生活中振动实例的观察，体会振动对生活的影响。 【知识点探究】 知识点一　弹簧振子 1．机械振动：物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动称为机械振动，简称振动。 注意：机械振动是机械运动的一种。 2．弹簧振子 如图所示，如果球与杆之间的摩擦可以忽略，且弹簧的质量与小球的质量相比也可以忽略，我们把小球和弹簧组成的系统称为弹簧振子。 3．平衡位置：弹簧未形变时，小球所受合力为0的位置。 【思考】弹簧振子在平衡位置附近做什么运动？ 提示：往复性运动。 知识点二　弹簧振子的位移—时间图像 1．建立坐标系：以小球的平衡位置为坐标原点，沿着它的振动方向建立坐标轴。小球在平衡位置右边时它对平衡位置的位移为正，在左边时为负。 2．绘制图像： 若用横轴表示振子运动的时间t，纵轴表示振子在振动过程中离开平衡位置的位移x，则振子振动的x t图像如图所示，是一条正弦(或余弦)曲线。 【思考】　弹簧振子的x --t图像是不是振子的运动轨迹？ 提示：不是。 知识点三　简谐运动 1．定义 如果物体的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x ———t图像)是一条正弦曲线，这样的振动是一种简谐运动。简谐运动是最基本的振动，弹簧振子的运动就是简谐运动。 2．特点 (1)简谐运动都是水平方向的运动。 (×) (2)振动图像表示质点相对平衡位置的位移随时间变化的规律。 (3)由振动图像可判断任一时刻质点的速度方向。 (4)简谐运动的图像表示质点的振动轨迹为正弦曲线。 【知识点探究】 考点1　弹簧振子 如图所示的装置，把小球向右拉开一段距离后释放，可以观察到小球左右运动了一段时间，最终停止运动。 (1)小球的运动具有什么特点？为什么小球最终停止运动？ (2)在横杆上涂上一层润滑油，重复刚才的实验，观察到的结果与第一次实验有何不同？ (3)猜想：如果小球受到的阻力忽略不计，弹簧的质量比小球的质量小得多，也忽略不计，实验结果如何？ 提示：(1)小球的运动具有往复性。小球因为受到阻力的作用最终停止运动。 (2)小球往复运动的次数增多，运动时间变长。 (3)小球将持续地做往复运动。 1.振子模型：有水平弹簧振子和竖直弹簧振子，如图甲、乙所示。空气阻力及球与杆之间的摩擦可以忽略，且弹簧的质量与小球的质量相比可以忽略。 甲　　　　　　　　　　　乙 2．振动系统看成弹簧振子的条件 (1)弹簧的质量比小球的质量小得多，可以认为质量集中于振子。 (2)构成弹簧振子的小球体积足够小，可以认为小球是一个质点。 (3)摩擦力可以忽略。 (4)小球从平衡位置被拉开的距离在弹性限度内。 3．弹簧振子的振动分析 (1)位移及其变化 位移指相对平衡位置的位移，由平衡位置指向振子所在的位置。当振子从平衡位置向最大位移处运动时，位移增大；当振子由最大位移处向平衡位置运动时，位移减小。 (2)速度及其变化 振子在平衡位置处速度最大，在最大位移处速度为零。振子由平衡位置向最大位移处运动时，速度减小；振子由最大位移处向平衡位置运动时，速度增大。 (3)涉及加速度变化的图像问题 水平弹簧振子所受弹簧的弹力是振子受到的合力，竖直弹簧振子所受的重力与弹力之和是振子受到的合力。不论是水平弹簧振子还是竖直弹簧振子，均满足：在平衡位置处所受的合力为零，加速度为零；而在最大位移处所受的合力最大，加速度最大。 【典例1】下列关于简谐运动以及 ... ...