2018-2019版高中物理 第一章 机械振动课件（打包6套）教科版选修3-4.zip

1 简谐运动第一章 机械振动[学习 目标 ]1.知道什么是机械振动、简谐运动 .2.认识弹簧振子，理解振子的平衡位置、位移和回复力 .3.知道简谐运动的振幅、周期和频率的含义，知道周期和频率的关系 .4.理解简谐运动的能量，学会分析弹簧振子中动能、势能和机械能的变化情况 .内容索引重点探究启迪思维 探究重点达标检测检测评价 达标过关自主预习预习新知 夯实基础自主预习一、机械振动1.定义：物体 (或物体的某一部分 )在某一位置两侧所做 的 运动 ，叫做机械振动， 简称 .2.平衡位置：物体原来静止时的位置 (即机械振动的物体所围绕振动的位置 ).二、简谐运动1.弹簧振子 ： 和 弹簧组成的系统 . 和 水平杆之间的摩擦忽略不计，弹簧的质量比小球的 质量 得多 ，也可忽略不计 .2.振子的位移：振子 相对 位置 的位移 .往复振动小球 小球小平衡3.回复力：当物体偏离平衡位置时，受到的指向 的力 .4.简谐运动如果物体所受的力与它偏离平衡位置的位移大小 成 比 ，并且 指向 ____位置 ，则物体所做的运动叫做简谐运动 .平衡位置正 平衡三、振幅、周期和频率1.振幅(1)定义：振动物体离开平衡位置 的 距离 .(2)物理意义： 表示 的 物理量 .2.全振动振动物体完成一次完整的振动过程 (以后完全重复原来的运动 )叫做一次全振动，例如水平弹簧振子的运动： O → A→ O → A′→ O或 A→ O → A′→ O → A为一次全振动 .(如图 1所示，其中 O为平衡位置， A、 A′ 为最大位移处 )图 1最大振动强弱3.周期(1)定义：振动物体完成一 次 所 用的时间 .(2)单位：国际单位制中，单位 是 ， 符号 是 .(3)物理意义： 表示 的 物理量 .4.频率(1)定义：单位时间内完成 的 的 次数 .(2)单位：国际单位制中，单位 是 ， 符号是 Hz.(3)物理意义： 表示 的 物理量 . (4)频率与周期的关系： f＝ _____.全振动秒振动快慢全振动赫兹振动快慢s四、简谐运动的能量1.振动系统的总机械能：弹簧的势能和振子 的 之 和就是振动系统的总机械能 .2.能量转化弹簧振子运动的过程 就是 和 互相 转化的过程 .(1)在最大位移处 ， 最大， 为 零 .(2)在平衡位置处 ， 最大， 最小 .3.能量特点在简谐运动中，振动系统的 机械能 ， 而在实际运动中都有一定的能量损耗，因此简谐运动是一 种 的 模型 .动能动能 势能势能 动能动能 势能守恒理想化1.判断下列说法的正误 .(1)竖直放于水面上的圆柱形玻璃瓶的上下运动是机械振动 .( )(2)振幅是振动物体离开平衡位置的最大位移，它是矢量 .( )(3)振动周期指的是振动物体从一侧最大位移处，运动到另一侧最大位移处所用的时间 .( )(4)水平弹簧振子运动到平衡位置时，回复力为零，因此能量一定为零 .( )[即学即用 ]√×××答案答案图 2正减小 负 减小负 增大 增大 减小重点探究一、简谐运动[导学探究 ] 如图 3所示为放在光滑水平面上的弹簧振子的模型， O点为振子的平衡位置， A、 O间和 B、 O间距离都是 x＝ 2 cm，取向右为正方向 .答案答案 O点受重力、支持力；在 A点受重力、支持力、弹簧对其向右的弹力；在 B点受重力、支持力、弹簧对其向左的弹力 .图 3(1)振子在 A、 B点的位移分别为 xA＝ ________， xB＝ ______.(2)振子在 O、 A、 B点时受到哪些力的作用？－ 2 cm2 cm(3)除重力、支持力、弹簧的弹力外，振子在O、 A点还受到回复力的作用吗？回复力有什么特点？答案答案 不受 .回复力是指将振动的物体拉回到平衡位置的力，是按照力的作用效果来命名的，不是一种新型的力，所以分析物体的受力时，不分析回复力 .回复力可以由某一个力提供 (如弹力 )，也可能是几个力的合力，还可能是某一个力的分力 .归纳起来，回复力一定等于物体沿振动方向所受的合力 .[知识深化 ] 对简谐运动的理解(1)简谐运动的位移简谐运动的位移是矢量，是从平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段.(2)简谐运动的回复力① 回复力是指将振动物体拉回到平衡位置的力，它可以是物体所受的合外力，也可以是一个力或某一个力的分力，而不是一种新的性质力 .回复力是按照力的作用效果命名的，受力分析时不分析回复力 . ② 简谐运动的回复力： F＝－ kxa.k是比例系数，并非弹簧的劲度系数 (水平弹簧振子中 k为弹簧的劲度系数)，其值由振动系统决定，与振幅无关 .b.“ － ” 号表示回复力的方向与偏离平衡位置的位移的方向相反 .c.x是指质点相对平衡位置的位移，不一定是弹簧的伸长量或压缩量 .(3)简谐运动在振动方向上的加速度表明弹簧振子做简谐运动时振子的加速度大小与位移大小成正比，加速度方向与位移方向相反 . (4)简谐运动的判断回复力 F＝－ kx和加速度 a＝ 分别是简谐运动的动力学特征和运动学特征，常用两式来证明某个振动是否为简谐运动 .A.弹簧振子运动过程中受重力、支持力、弹簧弹力和回复力的作用B.振子在 M、 N两点所受弹簧弹力相同C.振子在 M、 N两点相对平衡位置的位移相同D.振子在 M、 N两点加速度大小相等例 1 如图 4所示，一弹簧振子在一条直线上做简谐运动，第一次先后经过 M、 N两点时速度 v(v≠ 0)相同，那么，下列说法正确的是答案解析√图 4解析 回复力是根据效果命名的力，不是做简谐运动的物体受到的具体的力，它是由物体受到的具体的力所提供的，在本题中弹簧的弹力充当回复力，故 A错误；因位移、速度、加速度和弹力都是矢量，它们要相同必须满足大小相等、方向相同 .M、 N两点关于 O点对称，振子回复力、位移和加速度应大小相等、方向相反，由此可知， B、 C错误， D正确 .二、振幅、周期和频率[导学探究 ] 如图 5所示为理想弹簧振子， O点为它的平衡位置，其中 A、 A′ 点关于 O点对称 .答案 不是 .经过一个周期振子必须从同一方向经过 O点，即经过一个周期，位移、速度第一次与初始时刻相同 .图 5(1)振子从某一时刻经过 O点计时，至下一次再经过 O点的时间为一个周期吗？答案(2)先后将振子拉到 A点和 B点由静止释放，两种情况下振子振动的周期相同吗？振子完成一次全振动通过的位移相同吗？路程相同吗？答案 周期相同 .振子振动的周期决定于振动系统本身，与振幅无关；位移相同，均为零；路程不相同，一个周期内振子通过的路程为四个振幅 .答案答案解析图 6三、简谐运动的能量图 7(1)从 A到 B的运动过程中，振子的动能如何变化？弹簧弹性势能如何变化？振动系统的总机械能是否变化？答案(2)如果把振子振动的振幅增大，振子回到平衡位置的动能是否增大？振动系统的总机械能是否增大？答案(3)实际的振动系统有空气阻力和摩擦阻力，能量是否损失？理想化的弹簧振动系统，忽略空气阻力和摩擦阻力，能量是否损失？答案答案解析图 8(1)简谐运动的能量取决于 _____，振子振动时动能和 __________相互转化，总机械能 ______.振幅 弹性势能守恒(2)(多选 )振子在振动过程中，下列说法中正确的是A.振子在平衡位置，动能最大，弹性势能最小B.振子在最大位移处，弹性势能最大，动能最小C.振子在向平衡位置运动时，由于振子振幅减小，故总机械能减小D.在任意时刻，动能与弹性势能之和保持不变答案解析(3)(多选 )若振子运动到 B处时将一质量为 m的物体放到 M的上面，且 m和M无相对滑动而一起运动，下列说法正确的是A.振幅不变 B.振幅减小C.最大动能不变 D.最大动能减小答案解析