資源簡介 (共78張PPT)復習任務群一現代文閱讀Ⅰ把握共性之“新” 打通應考之“脈”第二章 機械振動1.簡諧運動[學習目標] 1.知道什么是彈簧振子,理解振動的平衡位置和簡諧運動的概念。2.通過觀察和分析,理解簡諧運動的位移—時間圖像是一條正弦函數圖線。3.通過對簡諧運動圖像的描繪,認識簡諧運動的特點。4.通過對生活中振動實例的觀察,體會振動對生活的影響。[教用·問題初探]——通過讓學生回答問題來了解預習教材的情況問題1 怎樣判斷物體的運動是否是機械振動?問題2 彈簧振子的平衡位置一定在彈簧的原長位置嗎?問題3 彈簧振子的位移—時間圖像是如何獲得的?探究重構·關鍵能力達成【鏈接教材】 如人教版教材P32圖所示的裝置,A、B兩點關于O點對稱,把小球向右拉到B點后釋放,可以觀察到小球左右運動了一段時間,最終停止運動。知識點一 彈簧振子問題1 小球的運動具有什么特點?為什么小球最終停止運動?提示:小球的運動具有往復性。小球因為受到阻力的作用最終停止運動。問題2 在橫桿上涂上一層潤滑油,重復剛才的實驗,觀察到的結果與第一次實驗有何不同?提示:小球往復運動的次數增多,運動時間變長。問題3 猜想:如果小球受到的阻力忽略不計,彈簧的質量比小球的質量小得多,可忽略不計,實驗結果如何?提示:小球將持續地在A、B間做往復運動。【知識梳理】 1.機械振動:物體或物體的一部分在一個位置附近的__________稱為機械振動,簡稱振動。提醒:機械振動是機械運動的一種,其軌跡可以是直線也可以是曲線。往復運動2.彈簧振子如圖所示,如果球與桿之間的摩擦可以______,且彈簧的質量與小球的質量相比也可以______,我們把小球和彈簧組成的系統稱為__________。提醒:彈簧振子是一個理想化模型,它是研究一般性振動的基礎。3.平衡位置:彈簧未形變時,小球所受_________的位置。忽略忽略彈簧振子合力為0【思考討論】 問題 彈簧振子的平衡位置一定在彈簧的原長位置嗎?試指出下列彈簧振子的平衡位置。提示:彈簧振子的平衡位置不一定在彈簧的原長位置。圖甲,水平方向彈簧振子:彈簧彈力為零時的位置。圖乙,豎直方向彈簧振子:彈簧的拉力與重力平衡時的位置。圖丙,光滑斜面上的彈簧振子:彈簧拉力與重力沿斜面向下的分力平衡時的位置。【知識歸納】1.實際物體看成彈簧振子的四個條件(1)彈簧的質量比小球的質量小得多,可以認為質量集中于振子(小球)。(2)構成彈簧振子的小球體積足夠小,可以認為小球是一個質點。(3)忽略彈簧及小球與水平桿之間的摩擦力。(4)彈簧被拉伸(壓縮)的長度在彈性限度內。2.對平衡位置的理解(1)平衡位置是物體振動軌跡的中心位置(不一定是振動范圍的中心位置),每當物體離開平衡位置后,它就受到一個指向平衡位置的力,該力產生使物體回到平衡位置的效果。(2)平衡位置的判斷方法:振動系統不振動,物體相對于參考系處于靜止狀態時所在的位置為平衡位置。【典例1】 (對機械振動的理解)(多選)下列運動屬于機械振動的是( )A.說話時聲帶的運動B.彈簧振子在豎直方向的上下運動C.體育課上同學進行25 m折返跑D.豎立于水面上的圓柱形玻璃瓶的上下運動√ABD [物體在平衡位置兩側所做的往復運動叫機械振動,A、B、D正確;體育課上同學進行25 m折返跑沒有平衡位置,不是機械振動,C錯誤。故選ABD。]√√【典例2】 (對平衡位置的理解)(多選)彈簧上端固定在O點,下端連接一小球,組成一個振動系統,如圖所示,用手向下拉一小段距離后釋放小球,小球便上下振動起來,關于小球的平衡位置,下列說法正確的是( )A.在小球運動的最低點B.在彈簧處于原長時的位置C.在小球速度最大時的位置D.在小球原來靜止時的位置√√CD [平衡位置是振動系統不振動時,小球(振子)處于平衡狀態時所處的位置,可知此時小球所受的重力與彈簧的彈力大小相等,即mg=kx,即小球原來靜止的位置,故D正確,A、B錯誤;當小球處于平衡位置時,其加速度為零,速度最大,故C正確。]【鏈接教材】 (源自魯科版教材)彈簧和小球分別套在光滑橫桿上,彈簧左端與小球相連,右端固定在支架上,形成一個彈簧振子。在球底部固定一毛筆頭,筆頭下放一紙板。使小球偏離平衡位置并釋放,其振動可視為簡諧運動。沿圖示方向勻速拉動紙板,筆頭會在紙板上畫出一圖像。請分析該圖像。知識點二 彈簧振子的位移—時間圖像問題1 振子振動時紙板不動,畫出的軌跡是怎樣的?提示:一條平行于運動方向的線段。問題2 振子振動時,勻速拖動紙板時,畫出的軌跡又是怎樣的?提示:一條正弦(或余弦)曲線。【知識梳理】 1.振子的位移:以小球的__________為坐標原點,沿著它的振動方向建立坐標軸。則振動小球的位置坐標反映了小球相對于__________的位移。平衡位置平衡位置2.振動圖像(x-t圖像)(1)x-t圖像:用橫軸表示小球運動的_______,縱軸表示小球離開______位置的位移x,描繪出小球在平衡位置附近__________時的位移隨時間變化的x-t圖像,即為振動圖像,如圖所示。(2)圖像的物理意義:反映了振子位移隨時間變化的規律,它______ (選填“是”或“不是”)振子的運動軌跡。時間t平衡往復運動不是【思考討論】 如圖為彈簧振子振動時的x-t圖像。問題1 t1和t2時刻小球分別位于哪個位置?提示:t1時刻小球位于正向最大位移處,t2時刻小球位于平衡位置。問題2 t1~t2時間內位移、速度的大小和方向各如何變化?提示:位移為正,在減小;速度增大,方向為負。問題3 t2~t3時間內位移、速度的大小和方向各如何變化?提示:位移為負,在增大;速度減小,方向為負。【典例3】 (人教版教材P33圖2.1-2改編)(彈簧振子x-t圖像的信息)(多選)如圖所示是用頻閃照相的方法獲得的彈簧振子的位移—時間圖像, 下列有關該圖像的說法正確的是( )A.該圖像的坐標原點是建在彈簧振子的平衡位置B.為了顯示小球在不同時刻偏離平衡位置的位移,讓底片沿垂直x軸方向勻速運動C.從圖像可以看出小球在振動過程中是沿t軸方向移動的D.圖像中小球的疏密顯示出相同時間內小球位置變化快慢不同√√√ABD [從題圖中看出圖像的坐標原點建在彈簧振子的平衡位置,故A正確;為了顯示小球在不同時刻偏離平衡位置的位移,讓底片沿垂直于x軸方向勻速運動,故B正確;振動過程中小球只在平衡位置做往復運動,并不隨著時間軸而遷移,故C錯誤;頻閃的時間間隔是一樣的,小球的間隔大說明其運動速度大,小球的間隔小說明其運動速度小,因此圖像中小球的疏密顯示出相同時間內小球位置變化快慢不同,D正確。故選ABD。]【典例4】 (對彈簧振子x-t圖像的理解)如圖甲所示,彈簧振子以點O為平衡位置,在A、B兩點之間做簡諧運動。取向右為正方向,振子的位移x隨時間t的變化如圖乙所示,下列說法正確的是( )A.t=0.2 s時,振子在O點右側6 cm處B.t=0.6 s和t=1.4 s時,振子的速度完全相同C.t=0.8 s時,振子的速度方向向左D.t=0.4 s到t=0.8 s的時間內,振子的位移和速度都逐漸減小√C [在前0.4 s內,振子做變減速運動,不是做勻速運動,所以t=0.2 s時,振子不在O點右側6 cm處,故A錯誤;由題圖乙知t=0.6 s和t=1.4 s時,振子的速度大小相等,方向相反,故B錯誤;t=0.8 s時,圖像切線的斜率為負,說明振子的速度為負方向,即振子的速度方向向左,故C正確;t=0.4 s到t=0.8 s的時間內,振子的位移減小,正向平衡位置靠近,速度逐漸增大,故D錯誤。]規律總結 利用x-t圖像能獲取的信息(1)任意時刻質點位移的大小和方向:如圖甲所示,質點在t1、t2時刻的位移分別為x1和-x2。(2)任意時刻質點的振動方向:看下一時刻質點的位置,如圖乙中a點,下一時刻離平衡位置更遠,故a點此刻向上振動。圖乙中b點,下一時刻離平衡位置更近,故b此刻向上振動。(3)某段時間內位移、速度、加速度的變化情況判斷:先判斷質點在這段時間內的振動方向,從而確定各物理量的變化。如圖甲所示,在t1時刻到t0時刻這段時間內,質點的位移變小,故質點正向平衡位置運動,速度增大,位移和加速度都變小;t2時刻到下一時刻,質點從負位移處遠離平衡位置運動,則速度減小,位移、加速度增大。1.定義如果物體的位移與時間的關系遵從______函數的規律,即它的振動圖像(x-t圖像)是一條______曲線,這樣的振動是一種簡諧運動。2.特點簡諧運動是最基本的______,彈簧振子的運動就是__________。知識點三 簡諧運動正弦正弦振動簡諧運動【思考討論】問題 將簡諧運動與我們熟悉的勻速直線運動進行比較,速度的特點有何不同?如何判斷一個物體的運動是不是簡諧運動?提示:簡諧運動的速度大小、方向都在不斷變化。若物體的位移隨時間按正弦函數的規律變化,則這個物體的運動就是簡諧運動。【知識歸納】1.簡諧運動的性質簡諧運動的位移隨時間按正弦規律變化,所以它不是勻變速運動,是在變力作用下的非勻變速運動。2.對簡諧運動的速度、加速度的理解速度 (1)方向:遠離平衡位置運動的過程中速度方向背離平衡位置;衡位置運動的過程中速度方向指向平衡位置(2)大小:①遠離平衡位置的過程中,振子的速度減小;衡位置的過程中,振子的速度增大②振子在平衡位置時速度最大,在最大位移處時速度為零加速度 (1)方向:總是指向平衡位置,總是與位移方向相反(2)大小:①遠離平衡位置運動過程中,振子的加速度增大;衡位置運動過程中,振子的加速度減小②在平衡位置時振子的加速度為零,在最大位移處時振子的加速度最大【典例5】 (簡諧運動的判斷)(多選)質點運動的位移—時間圖像如圖所示,其中質點一定不是做簡諧運動的是( )√A B C D√AB [位移—時間圖像滿足正(余)弦規律變化的運動才是簡諧運動,可知A、B一定不是簡諧運動。]【教用·備選例題】 (對簡諧運動的理解)如圖所示為一個水平方向的彈簧振子,小球在MN間做簡諧運動,O是平衡位置。關于小球的運動情況,下列描述正確的是( )A.小球經過O點時速度為零B.小球經過M點與N點時有相同的加速度C.小球從M點向O點運動過程中,加速度增大,速度增大D.小球從O點向N點運動過程中,加速度增大,速度減小√D [小球經過O點時速度最大,A錯誤;小球在M點與N點的加速度大小相等,方向相反,B錯誤;小球從M點向O點運動過程中,加速度減小,速度增大,C錯誤;小球從O點向N點運動過程中,加速度增大,速度減小,D正確。]【典例6】 (人教版P35T2改編)(簡諧運動的圖像)(多選)如圖是某質點做簡諧運動的振動圖像。由圖像可知( )A.質點在1.5 s和2.5 s這兩個時刻,位置坐標不同,速度方向相同B.質點在第2 s末的位移為-10 cmC.質點在前2 s內運動的路程是20 cmD.質點在0~1 s內和2~3 s內位移與速度方向相同√√√ACD [質點在1.5 s時,位于平衡位置上方約x=7 cm 處,沿x軸負方向運動,質點在2.5 s時位于平衡位置下方約x=-7 cm處,仍沿x軸負方向運動,A項正確;質點在第2 s末正好位于平衡位置,所以位移為0,B項錯誤;質點在前2 s內運動的路程為2A=20 cm,C項正確;0~1 s內質點向x軸正方向振動,2~3 s內質點向x軸負方向振動,D項正確。]應用遷移·隨堂評估自測1.如果質點的位移與時間的關系遵從正弦函數規律,這樣的運動叫作簡諧運動。根據圖中各圖像可以判斷出物體可能做簡諧運動的是( )A.①② B.③④C.①③ D.②④√C [根據題意,振動圖像與正弦函數圖像相似的①③的運動符合簡諧運動的特征,故A、B、D錯誤,C正確。]2.如圖甲所示,懸掛在豎直方向上的彈簧振子,從最低點位置向上運動時刻開始計時,取豎直向上為正方向,振動圖像如圖乙所示。關于其振動圖像,下列說法正確的是( )A.t=1.25 s時,振子的加速度為正,速度也為正B.t=1.7 s時,振子的加速度為負,速度也為負C.t=1.0 s時,振子的速度為零,加速度為負的最大值D.t=1.5 s時,振子的速度為零,加速度為負的最大值√C [t=1.25 s時,位移為正,故加速度為負,x-t圖像上某點切線的斜率表示速度,故速度為負,A錯誤;同理,t=1.7 s時,位移為負,加速度為正,速度為負,B錯誤;t=1.0 s時,位移為正的最大值,加速度為負的最大值,速度為零,C正確;t=1.5 s時,位移為零,加速度為零,速度為負的最大值,D錯誤。]3.如圖所示,簡諧運動的圖像上有a、b、c、d、e、f六個點,其中:(1)與a點位移相同的點有哪些?(2)與a點速度相同的點有哪些?(3)圖像上從a點到c點,質點經過的路程為多少?[解析] (1)分析題圖可得a、b、e、f的位移均為 1 cm, c、d點的位移都是-1 cm,故與a點位移相同的點為b、e、f三點。(2)由(1)可知,題圖上的a、b、e、f點對應質點運動到同一位置,題圖上的c、d點對應質點運動到與a點關于O點對稱的另一位置,故以上6個點的速度大小相等。再結合題圖可以判斷a、b、c、d、e、f 6個點的運動方向分別為向上、向下、向下、向上、向上和向下,故與a點有相同速度的點為d和e。(3)題圖上從a點到b點,對應質點從正方向1 cm處先是到達2 cm處又返回到1 cm處,通過的路程為2 cm。從b點到c點,對應質點從正方向1 cm處經平衡位置運動到負方向1 cm處,通過的路程也為2 cm,故從a點到c點總共通過的路程為4 cm。[答案] (1)b、e、f (2)d、e (3) 4 cm回歸本節知識,完成以下問題:1.彈簧振子的運動具有什么特點?提示:(1)圍繞著“一個中心”位置。(2)偏離“平衡位置”位移增大。(3)在兩點間“往復”運動。2.簡諧運動中振動物體經過某一位置時,加速度和速度是否同向?提示:不一定。振動物體經過某一位置時,加速度方向始終指向平衡位置,但速度方向可能指向平衡位置,也可能背離平衡位置。3.在簡諧運動的圖像中能獲取哪些信息?提示:任一時刻質點所在的位置及運動狀態。1.一個模型:彈簧振子2.三個概念:簡諧運動、平衡位置、簡諧運動的位移3.簡諧運動的圖像:由圖像上提取信息題號1352468791011√?題組一 彈簧振子1.(多選)下列運動屬于機械振動的是( )A.撥動后的琴弦B.水塘里的蘆葦在微風作用后左右擺動C.五星紅旗迎風飄揚D.釣魚時浮標在水中上下浮動課時分層作業(六) 簡諧運動√√題號1352468791011ABD [機械振動是指物體在平衡位置附近所做的往復運動,顯然選項C中涉及的物體的運動不符合這一定義,故C錯誤,A、B、D正確。]2.(多選)如圖所示的彈簧振子,O點為它的平衡位置,關于振子的運動,下列說法正確的是( )A.振子從A點運動到C點時位移大小為OC,方向向右B.振子從A點運動到C點的過程中,速度在增大,加速度在減小C.振子從C點運動到A點時位移大小為CA,方向向右D.振子從A點運動到O點的過程中,速度先增大后減小,加速度先減小后增大題號1352468791011√√AB [振子從A點運動到C點時的位移是以O點為起點,C點為終點,故位移大小為OC,方向向右;振子從C點運動到A點時位移大小為OA,方向向右,故A正確,C錯誤;振子的合外力為彈簧的彈力,振子從A點運動到C點的過程中彈力在減小,加速度在減小,速度在增大,所從C點運動到O點的過程中,彈力在減小,加速度在減小,速度在增大,所以振子從A點運動到O點的過程中,速度增大,加速度減小,故B正確,D錯誤。故選AB。]題號1352468791011?題組二 彈簧振子位移—時間圖像3.(多選)一個質點以O為中心做簡諧運動,位移隨時間變化的圖像如圖,a、b、c、d表示質點在不同時刻的相應位置。下列說法正確的是( )題號1352468791011√A.質點通過位置c時速度最大,位移為0B.質點通過位置b時,相對平衡位置的位移為C.質點從位置a到位置c和從位置b到位置d所用時間相等D.質點從位置a到位置b和從位置b到位置c的平均速度相等題號1352468791011√題號1352468791011AC [質點通過位置c,即平衡位置時,速度最大,位移為0,故A正確;x-t圖像是正弦圖像,故質點通過位置b時,相對平衡位置的位移為A,故B錯誤;質點從位置a到位置c和從位置b到位置d所用的時間相等,均為2 s,故C正確;質點從位置a到位置b和從位置b到位置c的過程中時間相同但位移大小不同,故平均速度不同,故D錯誤。]4.(多選)如圖所示為獲取彈簧振子的位移—時間圖像的一種方法,改變紙帶運動的速度,下列說法正確的是( )題號1352468791011√A.如果紙帶不動,獲得的振動圖像仍然是正弦函數曲線B.如果紙帶不動,獲得的振動圖像是一段線段C.圖示時刻,振子正經過平衡位置向右運動D.若紙帶運動的速度不恒定,則紙帶上描出的仍然是簡諧運動的圖像題號1352468791011√題號1352468791011BC [當紙帶不動時,獲得的只是振子在平衡位置兩側往復運動的軌跡,即一段線段,A錯誤,B正確;由題圖可以看出,圖示時刻振子正由平衡位置向右運動,C正確;只有當紙帶勻速運動時,紙帶運動的位移才與運動時間成正比,振動圖像才是正弦或余弦函數曲線,而簡諧運動的圖像一定是正弦或余弦函數曲線,D錯誤。]√?題組三 簡諧運動5.下列運動中屬于簡諧運動的是( )A.手拍籃球的運動B.思考中的人來回走動C.輕質彈簧的下端懸掛一個鋼球,上端固定組成的振動系統D.從高處下落到光滑水泥地面上的小鋼球的運動題號1352468791011C [手拍籃球的運動和思考中的人來回走動沒有規律,不是簡諧運動,故A、B錯誤;輕質彈簧的上端固定,下端懸掛一個鋼球組成振動系統,鋼球以受力平衡處為平衡位置上下做簡諧運動,故C正確;從高處下落到光滑水泥地面上的小鋼球的運動過程為自由落體運動,不是簡諧運動,故D錯誤。]題號1352468791011√6.(多選)一質點做簡諧運動的振動圖像如圖所示,質點的速度與加速度方向相同的時間段是( )A.0~0.3 sB.0.3~0.6 sC.0.6~0.9 sD.0.9~1.2 s題號1352468791011√BD [在0~0.3 s時間內,質點的速度沿正方向,加速度方向與位移方向相反,沿負方向,則速度方向與加速度方向相反,故A錯誤;在0.3~0.6 s時間內,質點的速度和加速度方向均沿負方向,兩者方向相同,故B正確;在0.6~0.9 s時間內,質點的速度沿負方向,加速度方向沿正方向,兩者方向相反,故C錯誤;在0.9~1.2 s時間內,質點的速度和加速度均沿正方向,兩者方向相同,故D正確。]題號1352468791011√7.如圖所示,甲質點在x1軸上做簡諧運動,O1為其平衡位置,A1、B1為其所能到達的最遠處。乙質點沿x2軸從A2點開始做初速度為零的勻加速直線運動。已知A1O1=A2O2,甲、乙兩質點分別經過O1、O2時速率相等,設甲質點從A1運動到O1的時間為t1,乙質點從A2運動到O2的時間為t2,則下式正確的是( )A.t1t2C.t1=t2 D.t1=2t2題號1352468791011A [已知A1O1=A2O2,甲、乙兩質點分別經過O1、O2時速率相等,結合題意甲、乙分別運動到O1、O2的v-t圖像如圖所示,可得t1題號13524687910118.圖甲中,一只小鳥站在樹枝上與樹枝一起上下振動,小鳥振動的v-t圖像如圖乙所示,速度向下為正。下列說法正確的是( )題號1352468791011A.t=0時刻小鳥的速度方向向上B.t1時刻樹枝對小鳥彈力最大C.t2時刻小鳥的加速度最大D.t3時刻小鳥處在最低點√題號1352468791011題號1352468791011C [根據題圖乙可知,t=0時刻,速度為正,由于速度向下為正方向,所以小鳥的速度方向向下,故A錯誤;t1時刻小鳥的速度最大,此時小鳥受力平衡,即所受彈力等于重力,此后小鳥向下做減速運動,樹枝對其彈力逐漸增大,故t1時刻,樹枝對其彈力未達到最大,故B錯誤;t2時刻小鳥的速度為0,這一瞬間停止了向下的運動,即將向上運動,根據簡諧運動的特征可知,此時加速度方向向上,達到最大值,故C正確;t3時刻小鳥向上運動到了最大速度后向上做減速運動,故此時在平衡位置處,不是最低點,故D錯誤。故選C。]9.將彈簧振子從平衡位置拉開4 cm后放開,同時開始計時,其振動圖像如圖所示,則( )A.在0.1~0.2 s振子正在做加速度減小的加速運動B.在0.1~0.2 s振子正在做加速度增大的減速運動C.在0.1~0.2 s振子速度方向沿x軸正方向D.在0.15 s時振子的位移大小一定等于2 cm√題號1352468791011B [在0.1~0.2 s,振子由平衡位置向負的最大位移處運動,加速度在增大,速度在減小,振子的速度方向沿x軸負方向,故A、C錯誤,B正確;在0.1~0.2 s內振子做加速度增大的減速運動,故在 0.15 s 時振子的位移大小不等于2 cm,故D錯誤。]題號135246879101110.如圖甲所示,光滑水平面上一質量為m的彈簧振子,以O點為平衡位置,在A、B兩點間做簡諧運動。取水平向右為正方向,振子的位移x隨時間t的變化如圖乙所示,已知0.2 s時振子速度大小為v。則( )題號1352468791011√A.振子離開平衡位置的最大距離為20 cmB.0.4 s時振子的加速度方向向右C.0.6 s時振子的速度方向向右D.在0.2 s到1 s時間內,彈簧對振子彈力的沖量大小為2mv題號1352468791011D [根據題圖乙可知,振子離開平衡位置的最大距離為10 cm,故A錯誤;根據題圖乙可知,0.4 s時振子的位移為正向最大,根據a=-可知,加速度方向向左,故B錯誤;根據題圖乙可知,0.6 s時振子向平衡位置運動,其速度為負,即方向向左,故C錯誤;在0.2 s時振子速度為v,根據題圖乙結合對稱性可知,1 s時振子速度為-v,根據動量定理可知,在0.2 s到1 s時間內,彈簧對振子彈力的沖量大小為I=2mv,故D正確。 ]題號135246879101111.如圖所示,一個勁度系數為k的輕彈簧下端固定在擋板上,上端與物塊A連接在一起,物塊B緊挨著物塊A靜止在光滑斜面上。某時刻將B迅速移開,A將在斜面上做簡諧運動,已知物塊A、B的質量分別為mA、mB,若取沿斜面向上為正方向,移開B的時刻為計時起點,則A的振動位移隨時間變化的圖像是( )題號1352468791011題號1352468791011√B [物塊A、B緊挨在一起平衡時彈簧壓縮量Δx1=g sin θ,移走B后,A平衡時彈簧壓縮量Δx2=,因此,負向最大位移的大小為Δx1-Δx2=,故A、C錯誤;又因t=0時,A在負向最大位移處,故B正確,D錯誤。]題號1352468791011謝 謝! 展開更多...... 收起↑ 資源預覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫