高中物理教科版選修3-4課件：第1章第1節(jié)《簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)》

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第1節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道什么是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及回復(fù)力的特點(diǎn) 2 掌握描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量 3 會(huì)分析彈簧振子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及與一般振動(dòng)的區(qū)別 2 描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量的理解 第1節(jié) 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 課前自主學(xué)案 一 機(jī)械振動(dòng)1 機(jī)械振動(dòng) 物體 或物體的某一部分 在 兩側(cè)所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng) 2 平衡位置 做往復(fù)性運(yùn)動(dòng)的物體能夠 的位置 某一中心位置 靜止 思考感悟跳橡皮筋是一種很好的健身游戲 兩個(gè)學(xué)生拉住長(zhǎng)橡皮筋 一個(gè)小孩在中間跳來(lái)跳去 橡皮筋的中間常常要扎一塊手帕 小孩在跳的時(shí)候總要不時(shí)地用小腿鉤一下橡皮筋 有時(shí)還要用腳踩一下橡皮筋 再迅速地跳開 這是為什么 手帕的運(yùn)動(dòng)是什么運(yùn)動(dòng) 提示 起振 手帕構(gòu)成了一個(gè)橡皮筋振子 手帕的運(yùn)動(dòng)是振動(dòng) 二 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)1 回復(fù)力 物體在振動(dòng)過(guò)程中 受到的一個(gè)總指向 的力 2 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 物體所受的力與它偏離平衡位置的 成正比 并且總指向 的運(yùn)動(dòng) 平衡位置 位移大小 平衡位置 三 振幅 周期和頻率1 振幅 振動(dòng)物體在振動(dòng)過(guò)程中離開平衡位置的 叫做振動(dòng)的振幅 振幅是 為正值 用A表示 單位是米 m 振幅是表示振動(dòng) 的物理量 振幅越大表示振動(dòng) 2 周期和頻率 做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體完成 所需要的時(shí)間叫做振動(dòng)的周期 單位時(shí)間內(nèi)完成 叫做振動(dòng)的頻率 周期和頻率都是表示物體 快慢的物理量 它們的關(guān)系是 在國(guó)際單位制中 周期的單位是 頻率的單位是 1Hz 1s 1 最大距離 標(biāo)量 強(qiáng)弱 越強(qiáng) 一次全振動(dòng) 全振動(dòng)的次數(shù) T 1 f 秒 赫茲 振動(dòng) 四 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量1 振子在平衡位置時(shí) 振子的速度最大 動(dòng)能 彈性勢(shì)能為 2 理想彈簧振子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 任一時(shí)刻 或任一位置 系統(tǒng)總機(jī)械能都 最大 零 相等 核心要點(diǎn)突破 一 對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的理解1 彈簧振子 理想化模型 1 彈簧振子 一種理想化模型 表現(xiàn)在 構(gòu)造上是一根不計(jì)質(zhì)量的彈簧一端固定 另一端連接一個(gè)質(zhì)點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)時(shí)質(zhì)點(diǎn)不受任何摩擦和介質(zhì)阻力 判定一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)能否看成彈簧振子 就從這兩個(gè)方面去衡量 2 彈簧振子的位移簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的位移是從平衡位置指向振子某時(shí)刻所在位置的有向線段 在振動(dòng)中 不管振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)初始時(shí)刻的位置在哪兒 振動(dòng)中的位移都是從平衡位置開始指向振子所在位置 這與一般運(yùn)動(dòng)中的位移有很大區(qū)別 一般運(yùn)動(dòng)中的位移都是由初位置指向末位置 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的位移也是矢量 若規(guī)定振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置右側(cè)時(shí)位移為正 則它在平衡位置左側(cè)時(shí)就為負(fù) 3 彈簧振子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律彈簧振子原來(lái)靜止的位置是平衡位置 振子振動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)位移是零 而速度最大 離開平衡位置時(shí) 位移變大 但速度變小 速度為零是最大位移處 振動(dòng)的位移是相對(duì)平衡位置而言的 2 用F kx判定振動(dòng)是否是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的步驟 1 對(duì)振動(dòng)物體進(jìn)行受力分析 2 沿振動(dòng)方向?qū)αM(jìn)行合成與分解 3 找出回復(fù)力 判斷是否符合F kx 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 彈簧振子以O(shè)點(diǎn)為平衡位置 在水平方向上的A B兩點(diǎn)間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 以下說(shuō)法正確的是 A 振子在A B兩點(diǎn)時(shí)的速度和位移均為零B 振子在通過(guò)O點(diǎn)時(shí)速度的方向?qū)l(fā)生改變C 振子所受彈力的方向總跟速度方向相反D 振子離開O點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)總是減速運(yùn)動(dòng) 靠近O點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)總是加速運(yùn)動(dòng)解析 選D 振子在A B兩點(diǎn)時(shí)速度為零 位移最大 平衡位置速度最大 故A錯(cuò) D對(duì) 振子通過(guò)O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向不變 故B錯(cuò) 振子所受彈力方向總指向平衡位置 速度方向有時(shí)指向平衡位置 有時(shí)背離平衡位置 故C錯(cuò) 二 對(duì)描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)物理量的理解1 對(duì)回復(fù)力的理解 1 回復(fù)力始終指向平衡位置 2 回復(fù)力是以效果命名的力 它是振動(dòng)物體在振動(dòng)方向上所受的合外力 3 回復(fù)力可以由某個(gè)力提供 也可以是幾個(gè)力的合力 還可能是某個(gè)力的分力 2 對(duì)振幅 周期 頻率的理解 1 振幅 振幅的大小表示了振動(dòng)系統(tǒng)總機(jī)械能的大小 簡(jiǎn)諧振動(dòng)在振動(dòng)過(guò)程中 動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化而總機(jī)械能守恒 2 周期和頻率當(dāng)振動(dòng)物體以相同的速度相繼通過(guò)同一位置所經(jīng)歷的過(guò)程就是一次全振動(dòng) 一次全振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的最小運(yùn)動(dòng)單元 振子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程就是這一單元運(yùn)動(dòng)的不斷重復(fù) 振幅是描述振動(dòng)強(qiáng)弱的物理量 周期和頻率都是用來(lái)表示振動(dòng)快慢的物理量 三 理解振動(dòng)的振幅 位移和路程的關(guān)系1 振幅與位移的關(guān)系 1 振幅是振動(dòng)物體離開平衡位置的最大距離 位移是物體相對(duì)于平衡位置的位置變化 2 振幅是表示振動(dòng)強(qiáng)弱的物理量 在同一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中振幅是不變的 但位移卻時(shí)刻變化 3 振幅是標(biāo)量 位移是矢量 方向?yàn)橛善胶馕恢弥赶蛘褡铀谖恢?4 振幅在數(shù)值上等于位移的最大值 特別提醒 1 振幅大 振動(dòng)物體的位移不一定大 但其最大位移一定大 2 求路程時(shí) 首先應(yīng)明確振動(dòng)過(guò)程經(jīng)過(guò)了幾個(gè)整數(shù)周期 再具體分析最后不到一周期時(shí)間內(nèi)的路程 兩部分相加即為路程 課堂互動(dòng)講練 兩根質(zhì)量均可不計(jì)的彈簧 勁度系數(shù)均為k0 它們與一個(gè)質(zhì)量為m的小球組成的彈簧振子 如圖1 1 1所示 試證明彈簧振子做的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 圖1 1 1 精講精析 以平衡位置O為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系 當(dāng)振子離開平衡位置時(shí) 兩根彈簧發(fā)生形變而使振子受到指向平衡位置的合力 設(shè)振子沿x正方向發(fā)生位移x 則物體受到的合力為F F1 F2 k0 x k0 x 2k0 x kx 所以振子做的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 答案 見精講精析 方法總結(jié) 做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體 其回復(fù)力特點(diǎn)為 F kx 這是判斷物體是否做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的依據(jù) 但k不一定等于彈簧的勁度系數(shù) 一水平彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 則下列說(shuō)法中正確的是 A 若位移為負(fù)值 則速度一定為正值 加速度也一定為正值B 振子通過(guò)平衡位置時(shí) 速度為零 加速度最大C 振子每次通過(guò)平衡位置時(shí) 加速度相同 速度也一定相同D 振子每次通過(guò)同一位置時(shí) 其速度不一定相同 但加速度一定相同 思路點(diǎn)撥 研究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過(guò)程 首先要畫出振動(dòng)草圖 再去分析各位置的情況 自主解答 如圖1 1 2所示 設(shè)彈簧振子在A B之間振動(dòng) O是它的平衡位置 并設(shè)向右為正方向 在振子由O向A運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 振子的位移 速度為負(fù)值 加速度為正值 故A錯(cuò) 振子通過(guò)平衡位置時(shí) 加速度為零 速度最大 故B錯(cuò) 當(dāng)振子每次通過(guò)同一位置時(shí) 速度大小一樣 方向可能向左也可能向右 但加速度相同 故C錯(cuò) D正確 圖1 1 2 答案 D 方法總結(jié) 1 分析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各物理量的變化時(shí) 一定以位移為橋梁 理清各物理量間的關(guān)系 回復(fù)力 加速度大小與位移大小成正比 方向與位移方向相反 速度大小隨位移的增大而減小 方向有時(shí)和位移相同 有時(shí)相反 2 要充分利用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性 相對(duì)稱兩點(diǎn)位移 回復(fù)力 加速度等大反向 速度等大 方向可能相同 也可能相反 如圖1 1 3所示 彈簧振子在BC間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) O點(diǎn)為平衡位置 BO OC 5cm 若振子從B到C的運(yùn)動(dòng)時(shí)間是1s 求 圖1 1 3 1 振子的振幅 周期 2 經(jīng)過(guò)兩次全振動(dòng) 振子通過(guò)的路程是多少 3 從B開始經(jīng)過(guò)3s 振子通過(guò)的路程是多少 精講精析 1 振子從B O C僅完成了半次全振動(dòng) 所以周期T 2 1s 2s 振幅A BO 5cm 2 振子在一次全振動(dòng)中通過(guò)的路程為4A 20cm 所以兩次全振動(dòng)中通過(guò)的路程為40cm 3 3s的時(shí)間為1 5T 所以振子通過(guò)的路程為30cm 答案 1 5cm2s 2 40cm 3 30cm 知能優(yōu)化訓(xùn)練 本部分內(nèi)容講解結(jié)束 點(diǎn)此進(jìn)入課件目錄 按ESC鍵退出全屏播放 謝謝使用 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全