高中物理第一章機(jī)械振動(dòng)第1講簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)

1/29第1講簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)2/29[目標(biāo)定位]1.知道什么叫機(jī)械振動(dòng)，什么叫平衡位置.2.知道什么是彈簧振子，了解振子位移.3.掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特征，明確回復(fù)力概念.4.知道什么是振動(dòng)振幅、周期和頻率.5.了解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)在一次全振動(dòng)過(guò)程中位移、回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能、勢(shì)能改變情況．3/29一、機(jī)械振動(dòng) 物體(或物體某一部分)在某一位置兩側(cè)所做______運(yùn)動(dòng)，叫做機(jī)械振動(dòng)，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為_(kāi)_____．這個(gè)位置稱(chēng)為_(kāi)_________．往復(fù)

振動(dòng)

平衡位置

4/29二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)1．振子模型：如圖1所表示，假如小球與水平桿之間______忽略不計(jì)，彈簧質(zhì)量比小球質(zhì)量________，也能夠忽略不計(jì)，這么系統(tǒng)稱(chēng)為彈簧振子．其中小球常稱(chēng)為振子．摩擦

小得多

5/292．回復(fù)力：當(dāng)小球偏離平衡位置時(shí)，受到指向__________力．3．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)：假如物體所受力與它偏離平衡位置位移大小成______，而且總指向__________，則物體所做運(yùn)動(dòng)叫做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)．4．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本振動(dòng)．平衡位置

正比

平衡位置

6/29三、振幅、周期和頻率1．振幅：振動(dòng)物體離開(kāi)平衡位置__________． 物理意義：振幅是表示振動(dòng)______物理量．2．周期和頻率 (1)周期：振子完成一次________所用時(shí)間，用T表示，單位是秒，符號(hào)是____. (2)頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成全振動(dòng)______，用f表示，單位是赫茲，符號(hào)是____. (3)周期與頻率關(guān)系：f＝____. (4)物理意義：周期和頻率都是表示振動(dòng)______物理量．最大距離

強(qiáng)弱

全振動(dòng)

s

次數(shù)

Hz

快慢

7/29想一想振幅就是振動(dòng)物體離開(kāi)平衡位置最大位移嗎？為何？答案不是．振幅是一個(gè)標(biāo)量．它是指物體離開(kāi)平衡位置最大距離．它既沒(méi)有負(fù)值，也無(wú)方向，而最大位移現(xiàn)有大小，也有方向，所以振幅不一樣于最大位移．8/29四、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)能量1．振動(dòng)系統(tǒng)總機(jī)械能：彈簧______和振子______之和．2．假如不考慮摩擦和空氣阻力，振動(dòng)系統(tǒng)總機(jī)械能______．3．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一個(gè)________模型． 想一想彈簧振子在振動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，振子位移x、回復(fù)力F、加速度a、速度v四個(gè)物理量中有哪幾個(gè)與動(dòng)能改變步調(diào)一致？ 答案只有速度v.勢(shì)能

動(dòng)能

守恒

理想化

9/291．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)位移 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)位移是矢量，是從平衡位置指向振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)所在位置有向線段． 注意：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)位移和普通運(yùn)動(dòng)中位移有很大區(qū)分，普通運(yùn)動(dòng)中位移都是由初位置指向末位置，而簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)位移都是由平衡位置指向振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)所在位置．一、對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)了解10/292．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力 (1)回復(fù)力是指將振動(dòng)物體拉回到平衡位置力，它能夠是物體所受合外力，也能夠是一個(gè)力或某一個(gè)力分力，而不是一個(gè)新性質(zhì)力．11/29(2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力：F＝－kx①k是百分比系數(shù)，并非彈簧勁度系數(shù)(水平彈簧振子中k為彈簧勁度系數(shù))，其值由振動(dòng)系統(tǒng)決定，與振幅無(wú)關(guān)．②“－”號(hào)表示回復(fù)力方向與偏離平衡位置位移方向相反．③x是指質(zhì)點(diǎn)相對(duì)平衡位置位移，不一定是彈簧伸長(zhǎng)量或壓縮量．④回復(fù)力作用總是把物體拉向平衡位置．12/2913/2914/29解析因位移、速度、加速度和彈力都是矢量，它們要相同必須大小相等、方向相同，M、N兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng)，振子所受彈力應(yīng)大小相等、方向相反，振子位移也是大小相等，方向相反．由此可知，A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤．振子在M、N兩點(diǎn)加速度即使方向相反，但大小相等，故C選項(xiàng)正確．振子由M→O速度越來(lái)越大，但加速度越來(lái)越小，振子做加速運(yùn)動(dòng)，但不是勻加速運(yùn)動(dòng)．振子由O→N速度越來(lái)越小，但加速度越來(lái)越大，振子做減速運(yùn)動(dòng)，但不是勻減速運(yùn)動(dòng)，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．答案C15/29

借題發(fā)揮彈簧振子位于關(guān)于平衡位置對(duì)稱(chēng)兩點(diǎn)時(shí)，振子位移、加速度大小相等，方向相反；振子速度大小相等，方向可能相同，也可能相反．16/29針對(duì)訓(xùn)練1

(多項(xiàng)選擇)如圖3所表示，一個(gè)彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，關(guān)于彈簧振子位移和加速度以下說(shuō)法正確是() A．位移最大時(shí)，加速度最大 B．位移最小時(shí)，加速度最大 C．位移最大時(shí)，速度最大 D．位移最小時(shí)，速度最大 解析依據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)位移和回復(fù)力關(guān)系可知，彈簧振子位移最大時(shí)，加速度最大，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；彈簧振子速度為零時(shí)，加速度為零，速度最大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確． 答案AD17/291．對(duì)全振動(dòng)了解 正確了解全振動(dòng)概念，應(yīng)注意把握全振動(dòng)五種特征． (1)振動(dòng)特征：一個(gè)完整振動(dòng)過(guò)程． (2)物理量特征：位移(x)、速度(v)第一次同時(shí)與初始狀態(tài)相同，即物體從同一方向回到出發(fā)點(diǎn)． (3)時(shí)間特征：歷時(shí)一個(gè)周期． (4)旅程特征：振幅4倍． (5)相位特征：增加2π.二、描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)物理量18/2919/29【例2】彈簧振子在AB間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，O為平衡位置，AB間距離是20cm，A到B運(yùn)動(dòng)時(shí)間是2s，如圖4所表示，則() A．從O→B→O振子做了一次全振動(dòng) B．振動(dòng)周期為2s，振幅是10cm C．從B開(kāi)始經(jīng)過(guò)6s，振子經(jīng)過(guò)旅程是60cm D．從O開(kāi)始經(jīng)過(guò)3s，振子處于平衡位置20/29

答案C21/291．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)能量 (1)不考慮阻力，彈簧振子振動(dòng)過(guò)程中只有彈力做功，在任意時(shí)刻動(dòng)能與勢(shì)能之和不變，即機(jī)械能守恒． (2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)機(jī)械能由振幅決定 對(duì)同一振動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，振幅越大，振動(dòng)能量越大．假如沒(méi)有能量損耗，振幅保持不變，它將永不停息地振動(dòng)下去，所以簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)又稱(chēng)等幅振動(dòng)．三、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)能量及運(yùn)動(dòng)中各物理量改變22/292．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各量改變情況 如圖5所表示彈簧振子23/29位置AA→OOO→BB位移大小最大↘0↗最大加速度大小最大↘0↗最大速度大小0↗最大↘0動(dòng)能0↗最大↘0勢(shì)能最大↘0↗最大總機(jī)械能不變不變不變不變不變24/29【例3】如圖6所表示，一水平彈簧振子在A、B間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，平衡位置為O，已知振子質(zhì)量為M.25/29(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)能量取決于______，物體振動(dòng)時(shí)動(dòng)能和______能相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能______．(2)振子在振動(dòng)過(guò)程中，以下說(shuō)法中正確是()A．振子在平衡位置，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小B．振子在最大位移處，勢(shì)能最大，動(dòng)能最小C．振子在向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)檎褡诱穹鶞p小，故總機(jī)械能減小D．在任意時(shí)刻，動(dòng)能與勢(shì)能之和保持不變(3)若振子運(yùn)動(dòng)到B處時(shí)將一質(zhì)量為m物體放到M上面，且m和M無(wú)相對(duì)滑動(dòng)而一起運(yùn)動(dòng)，以下說(shuō)法正確是()A．振幅不變 B．振幅減小C．最大動(dòng)能不變 D．最大動(dòng)能減小26/2927/29針對(duì)訓(xùn)練2如圖7所表示，一輕彈簧一端固定，另一端連接一物塊組成彈簧振子，該物塊是由a、b兩個(gè)小物塊粘在一起組成．物塊在光滑水平桌面上左右振動(dòng)．振幅為A0，周期為T(mén)0.當(dāng)物塊向右經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)，a、b之間粘膠脫開(kāi)；以后小物塊a振動(dòng)振幅和周期分別為A和T，則：A____A0(填“>”“<”或“＝”)，T______T0(填“>”“<”