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课件网) 第 节 1 简谐运动 高中物理 选择性必修第一册 第二章 1.了解什么是机械振动，什么是平衡位置。 2.通过对弹簧振子运动过程的观察和受力分析，理解回复力和位移的关系，知道简谐运动是一种在回复力作用下的变加速运动。能从动力学角度理解简谐运动。 3.知道弹簧振子振动的位移-时间图像是一条正弦或余弦曲线，能从动力学的角度理解简谐运动的概念。理解全振动、振幅、周期和频率的概念。 4.通过对弹簧振子振动时的动能、弹性势能和机构能的分析，理解简谐运动的能量特征。 5.通过分析弹簧振子在完成一次全振动过程中的位移、回复力、加速度、速度大小和方向的变化，理解简谐运动的特征。 6.经历建构弹簧振子的理想化模型的过程，理解科学研究中近似性与精确性的统一。 学习目标 引入 钟摆来回摆动，水中浮标上下浮动，琴弦的抖动，树梢在微风中的摇摆……在生活中我们会观察到很多类似这样的运动。这些运动的共同点是什么？ 1.机械振动 （1）定义：物体(或物体的一部分)总是在某一中心位置（平衡位置）两侧所做的往复运动，叫机械振动，简称振动。 （2）特征： 第一，有一个“中心位置”，即平衡位置，也是振动物体静止时的位置； 第二，运动具有往复性。 一、认识简谐运动 （3）平衡位置：物体静止时所处的位置。 （1）弹簧振子：弹簧振子是指小球和弹簧所组成的系统，是一种理想化模型。 （2）振子模型：常见的有水平弹簧振子和竖直弹簧振子。如图所示，图中球与杆之间的摩擦力及空气阻力可以忽略，且弹簧的质量与小球的质量相比可以忽略。 2.弹簧振子 弹簧振子的振动 位移随时间的变化规律： A、振动物体的位移x都是相对于平衡位置的位移 如图所示，是振子在A、B位置的位移xA和xB 3.研究弹簧振子的运动： B、以平衡位置为坐标原点O，沿振动方向建立坐标轴规定在O点右边时位移为正，在左边时位移为负。 （1）振子在运动过程中水平方向只受弹力作用，这个弹力的方向跟振子偏离平衡位置O的位移方向相反，总指向平衡位置，它的作用是使振子能返回平衡位置，这个力叫回复力。 F=-kx 物体在跟平衡位置的位移大小成正比并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动，叫简谐振动。 负号表示回复力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向相反。 4.回复力 5．实际物体看做弹簧振子的四个条件 (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(小球)； (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)忽略弹簧以及小球与水平杆之间的摩擦力； (4)小球从平衡位置被拉开的位移在弹性限度内． 二、弹簧振子的位移—时间图像 1.全振动：如右图，振子经历B→O→B’→O→B路径的一个完整振动过程叫一次全振动。 2.如下图，振子一直在平衡位置附近振动，每个全振动中偏离平衡位置的最大距离和需要的时间都不变，振子的位移—时间函数为正弦或者余弦函数，我们把具有这种特征的运动叫做简谐运动。 3.物体振动时离开平衡位置的最大距离叫做振动的振幅。 4.物体完成一次全振动所需要的时间叫做振动的周期，用 T 表示。 5.物体在一段时间内全振动的次数与所用时间之比叫做振动的频率，用 f 表示。 6.周期和频率的关系为 三、简谐运动的能量特征 物理量 运动过程 →O O→B B→O O→ 位移 方向 大小 回复力F 加速度a 方向 大小 速度v 方向 大小 动能大小 势能大小 向右 减小 向左 减小 向左 增大 增大 减小 向左 增大 向右 增大 向左 减小 减小 增大 向左 减小 向右 减小 向右 增大 增大 减小 向右 增大 向左 增大 向右 减小 减小 增大 结论： （1）在平衡位置，振子离开平衡位置的距离为零，所受回复力为零，加速度为零，速度的大小最大，动能最大，弹性势能 ... ...
