新教材高中物理第二章機(jī)械振動(dòng)2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述課件新人教版選擇性必修第一冊(cè)_第1頁(yè)
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1、2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述第二章機(jī)械振動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法指導(dǎo)1理解振幅、周期和頻率的物理意義,了解相位、初相、相位差的概念2理解周期和頻率的關(guān)系3掌握用公式描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的方法1通過(guò)閱讀和思考,總結(jié)描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的方法2通過(guò)對(duì)彈簧振子所做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的分析,得到有關(guān)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的一般性規(guī)律,使學(xué)生知道從個(gè)別到一般的思維方法3分析彈簧振子振動(dòng)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化情況,提高分析和解決問(wèn)題的能力知識(shí)導(dǎo)圖預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) | 新知領(lǐng)悟1振幅(1)定義:振動(dòng)物體離開平衡位置的_,叫作振動(dòng)的振幅用A表示,單位為米(m)(2)物理含義:振幅是表示振動(dòng)_的物理量;振幅反映了振動(dòng)的強(qiáng)弱和振動(dòng)系統(tǒng)能量的大小描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量最大距離幅度大小2周期和

2、頻率(1)周期:做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體完成一次全振動(dòng)所需要的_,用T表示,國(guó)際單位:s.(2)頻率:物體完成全振動(dòng)的_與所用時(shí)間之比,用f表示,單位:Hz.(3)周期T與頻率f的關(guān)系:f_.(4)物理意義:周期和頻率都是表示物體_的物理量,周期越小,頻率_,表示振動(dòng)越快時(shí)間次數(shù)振動(dòng)快慢越大1做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體連續(xù)兩次通過(guò)同一位置的過(guò)程,是否就是一次全振動(dòng)?【答案】不一定只有連續(xù)兩次以相同的速度通過(guò)同一位置的過(guò)程,才是一次全振動(dòng)2如果改變彈簧振子的振幅,其振動(dòng)的周期是否會(huì)改變呢?彈簧振子的周期與什么因素有關(guān)呢?我們可以提出哪些猜想?怎樣設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這個(gè)猜想?【答案】猜想:影響彈簧振子周期的因素可能

3、有:振幅、振子的質(zhì)量、彈簧的勁度系數(shù)等我們可以設(shè)計(jì)這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn):彈簧一端固定,彈簧的另一端連著有孔小球,使小球在光滑的水平桿上滑動(dòng)通過(guò)改變振幅、振子的質(zhì)量和彈簧的勁度系數(shù),測(cè)量不同情況下振子的周期注意在改變一個(gè)物理量的時(shí)候其他物理量應(yīng)保持不變(多選)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),其振動(dòng)圖像如圖所示,下列說(shuō)法中正確的是()A振動(dòng)周期為4 sB振動(dòng)頻率為0.25 HzC振動(dòng)的振幅為10 cmD5 s末質(zhì)點(diǎn)的位移為零【答案】ABD【解析】由圖像可看出,T4 s,f0.25 Hz,A5 cm,5秒末x0,故A、B、D正確,C錯(cuò)誤簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式2表達(dá)式中各量的意義(1)“A”表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的“_”(2)是一個(gè)與_

4、成反比、與_成正比的量,叫作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的_(3)“T”表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的_,“f”表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的頻率,它們之間的關(guān)系為f_.振幅周期頻率圓頻率周期相位初相位初相【答案】它們的振幅分別為3a和9a,比值為13;頻率分別為2b和4b.2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相位差21的含義是什么??jī)蓚€(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式分別為x14sin(4t) cm和x22sin(2t)cm,它們的振幅之比為_,各自的頻率之比是_【答案】2121【解析】由題意知A14 cm,A22 cm,14 rad/s,22 rad/s,則A1A221,f1f21221多維課堂 | 素養(yǎng)初培揚(yáng)聲器發(fā)聲時(shí),手摸喇叭的發(fā)音紙盆會(huì)感覺到它在振動(dòng),把音響聲音調(diào)大,發(fā)覺紙

5、盆的振動(dòng)更加劇烈,想想這是為什么?【答案】揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音是由其喇叭的紙盆振動(dòng)形成的,振動(dòng)越劇烈,即振幅越大,紙盆振動(dòng)的能量越大,喇叭越響,手感覺紙盆振動(dòng)得越厲害,說(shuō)明振幅是反映振動(dòng)劇烈程度的物理量描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量及其關(guān)系的理解1對(duì)全振動(dòng)的理解正確理解全振動(dòng)的概念,應(yīng)注意把握振動(dòng)的五個(gè)特征(1)振動(dòng)特征:一個(gè)完整的振動(dòng)過(guò)程(2)物理量特征:位移(x)、加速度(a)、速度(v)三者第一次同時(shí)與初始狀態(tài)相同(3)時(shí)間特征:歷時(shí)一個(gè)周期(4)路程特征:振幅的4倍(5)相位特征:增加2.探究總結(jié)2振幅、位移和路程的關(guān)系項(xiàng)目振幅位移路程定義振動(dòng)物體離開平衡位置的最大距離從平衡位置指向振子所在位置的有

6、向線段運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)度矢、標(biāo)性標(biāo)量矢量標(biāo)量變化在穩(wěn)定的振動(dòng)系統(tǒng)中不發(fā)生變化大小和方向隨時(shí)間做周期性變化隨時(shí)間增加聯(lián)系(1)振幅等于位移最大值的數(shù)值;(2)振子在一個(gè)周期內(nèi)的路程等于4個(gè)振幅;而振子在一個(gè)周期內(nèi)的位移等于零素養(yǎng)點(diǎn)評(píng):本探究通過(guò)對(duì)描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量及其關(guān)系的理解,培養(yǎng)“物理觀念”素養(yǎng)描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量精練1彈簧振子以O(shè)點(diǎn)為平衡位置在B、C兩點(diǎn)間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),B、C相距20 cm,某時(shí)刻振子處于B點(diǎn),經(jīng)過(guò)0.5 s,振子首次到達(dá)C點(diǎn)求:(1)振子的振幅;(2)振子的周期和頻率;(3)振子在5 s內(nèi)通過(guò)的路程大小【答案】(1)10 cm(2)1 s1 Hz(3)200 cm變式1(多選

7、)彈簧振子在A、O、B之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),如圖所示,O為平衡位置,測(cè)得A、B間距為8 cm,完成30次全振動(dòng)所用時(shí)間為60 s則()A振動(dòng)周期是2 s,振幅是8 cmB振動(dòng)頻率是2 HzC振子完成一次全振動(dòng)通過(guò)的路程是16 cmD振子過(guò)O點(diǎn)時(shí)計(jì)時(shí),3 s內(nèi)通過(guò)的路程為24 cm【答案】CD【解析】A、B之間的距離為8 cm,則振幅是4 cm,故A錯(cuò)誤;T2 s,f0.5 Hz,故B錯(cuò)誤;振子完成一次全振動(dòng)通過(guò)的路程是4A,即16 cm,3 s內(nèi)運(yùn)動(dòng)了1.5個(gè)周期,故總路程為24 cm,故C、D正確全振動(dòng)的理解精練2(多選)如圖所示,彈簧振子以O(shè)點(diǎn)為平衡位置,在B、C間振動(dòng),則()A從BOCOB為一

8、次全振動(dòng)B從OBOCB為一次全振動(dòng)C從COBOC為一次全振動(dòng)DOB不一定等于OC【答案】AC【解析】O點(diǎn)為平衡位置,B、C為兩側(cè)最遠(yuǎn)點(diǎn),則從B起經(jīng)O、C、O、B的路程為振幅的4倍,故A正確;若從O起經(jīng)B、O、C、B的路程為振幅的5倍,超過(guò)一次全振動(dòng),故B錯(cuò)誤;若從C起經(jīng)O、B、O、C的路程為振幅的4倍,故C正確;因彈簧振子的系統(tǒng)摩擦不考慮,所以它的振幅一定,故D錯(cuò)誤變式2(2021屆鄭州檢測(cè))如圖所示,彈簧振子在b、c兩點(diǎn)之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),b、c之間的距離為10 cm,O是平衡位置,振子每次從c運(yùn)動(dòng)到b的時(shí)間均為0.5 s,則該彈簧振子()A振幅為10 cmB周期為0.5 sC頻率為1 HzD從

9、O點(diǎn)出發(fā)到再次回到O點(diǎn)的過(guò)程就是一次全振動(dòng)【答案】C【解析】振幅是指偏離平衡位置的最大距離,bc間距是兩倍的振幅,故振幅為5 cm,故A錯(cuò)誤;完成一次全振動(dòng)的時(shí)間為周期,c到b是半個(gè)全振動(dòng),時(shí)間為周期的一半,故周期為1 s,故B錯(cuò)誤;周期和頻率互為倒數(shù),故頻率為1 Hz,故C正確;振子從O點(diǎn)出發(fā)到再次回到O點(diǎn)的過(guò)程就是全振動(dòng)的一半,故D錯(cuò)誤振幅與路程的關(guān)系振動(dòng)中的路程是標(biāo)量,是隨時(shí)間不斷增大的一個(gè)周期內(nèi)的路程為4倍的振幅,半個(gè)周期內(nèi)的路程為2倍的振幅做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)物體的振動(dòng)位移隨時(shí)間按正弦函數(shù)規(guī)律變化,其函數(shù)關(guān)系式為xAsin(t)問(wèn)題(1)式中A表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的什么物理量?(2)、各表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的

10、什么物理量?【答案】(1)振幅(2)圓頻率初相對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)表達(dá)式的理解探究總結(jié)特別提醒:關(guān)于相位差12的說(shuō)明(1)取值范圍:.(2)0,表明兩振動(dòng)步調(diào)完全相同,稱為同相,表明兩振動(dòng)步調(diào)完全相反,稱為反相(3)0,表示振動(dòng)1比振動(dòng)2超前0,表示振動(dòng)1比振動(dòng)2滯后素養(yǎng)點(diǎn)評(píng):本探究通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)表達(dá)式的理解,培養(yǎng)“科學(xué)思維”素養(yǎng)對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)表達(dá)式的理解和應(yīng)用【答案】CD變式3一物體沿x軸做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),振幅為8 cm,頻率為0.5 Hz,在t0時(shí),位移是4 cm,且向x軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),試寫出用正弦函數(shù)表示的振動(dòng)方程,并畫出相應(yīng)的振動(dòng)圖像簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像精練4一質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),其位移和時(shí)間關(guān)系如圖所示(1)求t0

11、.25102 s時(shí)的位移;(2)在t1.5102 s到2102 s的振動(dòng)過(guò)程中,質(zhì)點(diǎn)的位移、速度如何變化?(3)在t0到8.5102 s時(shí)間內(nèi),質(zhì)點(diǎn)的路程、位移各多大?【答案】(1)10 cm0.2 s(2)圖見解析(3)x10sin(10t) cm核心素養(yǎng)微專題【答案】C【解析】彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像如圖所示,圖中A點(diǎn)與B、E、F、I等點(diǎn)的振動(dòng)位移大小相等,方向相同由圖可知,A點(diǎn)與E、I等點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間差為T或T的整數(shù)倍,A點(diǎn)與B、F等點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間差不為T或T的整數(shù)倍,故A錯(cuò)誤素養(yǎng)點(diǎn)評(píng):本題通過(guò)考查簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期性,培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)思維”素養(yǎng)課堂小練 | 素養(yǎng)達(dá)成1(2021屆張家口月考)一

12、個(gè)物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法中正確的是()A物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相距最遠(yuǎn)的兩點(diǎn)之間的距離叫作振幅B物體先后兩次經(jīng)過(guò)同一位置所經(jīng)歷的時(shí)間叫作振動(dòng)周期C物體在1秒鐘內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)叫作振動(dòng)頻率D物體在各個(gè)時(shí)刻所處的不同狀態(tài)叫作初相位【答案】C【解析】偏離平衡位置最大的距離叫振幅,故A錯(cuò)誤;物體先后以相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)通過(guò)同一位置所經(jīng)歷的時(shí)間叫作振動(dòng)周期,故B錯(cuò)誤;物體在1秒鐘內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)叫作振動(dòng)頻率,故C正確;物體在各個(gè)時(shí)刻所處的不同狀態(tài)叫作相位,故D錯(cuò)誤【答案】C3(2021屆昌吉校級(jí)期中)如圖所示,小球在B、C之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),O為BC間的中點(diǎn),B、C間的距離為10 cm,則下列說(shuō)法正確的是()A小球的最大位移是10 cmB只有在B、C兩點(diǎn)時(shí),小球的振幅是5 cm,在O點(diǎn)時(shí),小球的振幅是0C無(wú)論小球在任何位置,它的振幅都是10 cmD從任意時(shí)刻起,一個(gè)周期內(nèi)小球經(jīng)過(guò)的路程都是20 cm【答案】D【解析】小球位移的起點(diǎn)是O,小球經(jīng)過(guò)B或C點(diǎn)時(shí)位移最大,最大位移為 5 cm,故A錯(cuò)誤小球做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),振幅不變,由圖知,振幅為A5 cm,故B、C錯(cuò)誤根據(jù)對(duì)稱性和周期性可知,從任意時(shí)刻起,一個(gè)周期內(nèi)小球經(jīng)過(guò)的路程都是4倍振幅,即為4A45 cm20 cm,故D正確4(2021屆濱州期中)某簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移時(shí)間圖像如圖所示,下列說(shuō)法正確的是()A簡(jiǎn)諧

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