新教材高中物理第二章機械振動2簡諧運動的描述課件新人教版選擇性必修第一冊

1、2簡諧運動的描述第二章機械振動學習目標學法指導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掌握用公式描述簡諧運動的方法1通過閱讀和思考，總結(jié)描述簡諧運動的方法2通過對彈簧振子所做簡諧運動的分析，得到有關(guān)簡諧運動的一般性規(guī)律，使學生知道從個別到一般的思維方法3分析彈簧振子振動過程中能量的轉(zhuǎn)化情況，提高分析和解決問題的能力知識導圖預習導學 | 新知領(lǐng)悟1振幅(1)定義：振動物體離開平衡位置的_，叫作振動的振幅用A表示，單位為米(m)(2)物理含義：振幅是表示振動_的物理量；振幅反映了振動的強弱和振動系統(tǒng)能量的大小描述簡諧運動的物理量最大距離幅度大小2周期和

2、頻率(1)周期：做簡諧運動的物體完成一次全振動所需要的_，用T表示，國際單位：s.(2)頻率：物體完成全振動的_與所用時間之比，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_，表示振動越快時間次數(shù)振動快慢越大1做簡諧運動的物體連續(xù)兩次通過同一位置的過程，是否就是一次全振動？【答案】不一定只有連續(xù)兩次以相同的速度通過同一位置的過程，才是一次全振動2如果改變彈簧振子的振幅，其振動的周期是否會改變呢？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)計一個實驗來驗證這個猜想？【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)計這樣一個實驗：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通過改變振幅、振子的質(zhì)量和彈簧的勁度系數(shù)，測量不同情況下振子的周期注意在改變一個物理量的時候其他物理量應保持不變(多選)一個質(zhì)點做簡諧運動，其振動圖像如圖所示，下列說法中正確的是()A振動周期為4 sB振動頻率為0.25 HzC振動的振幅為10 cmD5 s末質(zhì)點的位移為零【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錯誤簡諧運動的表達式2表達式中各量的意義(1)“A”表示簡諧運動的“_”(2)是一個與_

4、成反比、與_成正比的量，叫作簡諧運動的_(3)“T”表示簡諧運動的_，“f”表示簡諧運動的頻率，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簡諧運動的相位差21的含義是什么？兩個簡諧運動的表達式分別為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)初培揚聲器發(fā)聲時，手摸喇叭的發(fā)音紙盆會感覺到它在振動，把音響聲音調(diào)大，發(fā)覺紙

5、盆的振動更加劇烈，想想這是為什么？【答案】揚聲器發(fā)出的聲音是由其喇叭的紙盆振動形成的，振動越劇烈，即振幅越大，紙盆振動的能量越大，喇叭越響，手感覺紙盆振動得越厲害，說明振幅是反映振動劇烈程度的物理量描述簡諧運動的物理量及其關(guān)系的理解1對全振動的理解正確理解全振動的概念，應注意把握振動的五個特征(1)振動特征：一個完整的振動過程(2)物理量特征：位移(x)、加速度(a)、速度(v)三者第一次同時與初始狀態(tài)相同(3)時間特征：歷時一個周期(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)系項目振幅位移路程定義振動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、向線段運動軌跡的長度矢、標性標量矢量標量變化在穩(wěn)定的振動系統(tǒng)中不發(fā)生變化大小和方向隨時間做周期性變化隨時間增加聯(lián)系(1)振幅等于位移最大值的數(shù)值；(2)振子在一個周期內(nèi)的路程等于4個振幅；而振子在一個周期內(nèi)的位移等于零素養(yǎng)點評：本探究通過對描述簡諧運動的物理量及其關(guān)系的理解，培養(yǎng)“物理觀念”素養(yǎng)描述簡諧運動的物理量精練1彈簧振子以O(shè)點為平衡位置在B、C兩點間做簡諧運動，B、C相距20 cm，某時刻振子處于B點，經(jīng)過0.5 s，振子首次到達C點求：(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之間做簡諧運動，如圖所示，O為平衡位置，測得A、B間距為8 cm，完成30次全振動所用時間為60 s則()A振動周期是2 s，振幅是8 cmB振動頻率是2 HzC振子完成一次全振動通過的路程是16 cmD振子過O點時計時，3 s內(nèi)通過的路程為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錯誤；T2 s，f0.5 Hz，故B錯誤；振子完成一次全振動通過的路程是4A，即16 cm,3 s內(nèi)運動了1.5個周期，故總路程為24 cm，故C、D正確全振動的理解精練2(多選)如圖所示，彈簧振子以O(shè)點為平衡位置，在B、C間振動，則()A從BOCOB為一

8、次全振動B從OBOCB為一次全振動C從COBOC為一次全振動DOB不一定等于OC【答案】AC【解析】O點為平衡位置，B、C為兩側(cè)最遠點，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，超過一次全振動，故B錯誤；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錯誤變式2(2021屆鄭州檢測)如圖所示，彈簧振子在b、c兩點之間做簡諧運動，b、c之間的距離為10 cm，O是平衡位置，振子每次從c運動到b的時間均為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點出發(fā)到再次回到O點的過程就是一次全振動【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錯誤；完成一次全振動的時間為周期，c到b是半個全振動，時間為周期的一半，故周期為1 s，故B錯誤；周期和頻率互為倒數(shù)，故頻率為1 Hz，故C正確；振子從O點出發(fā)到再次回到O點的過程就是全振動的一半，故D錯誤振幅與路程的關(guān)系振動中的路程是標量，是隨時間不斷增大的一個周期內(nèi)的路程為4倍的振幅，半個周期內(nèi)的路程為2倍的振幅做簡諧運動物體的振動位移隨時間按正弦函數(shù)規(guī)律變化，其函數(shù)關(guān)系式為xAsin(t)問題(1)式中A表示簡諧運動的什么物理量？(2)、各表示簡諧運動的

10、什么物理量？【答案】(1)振幅(2)圓頻率初相對簡諧運動表達式的理解探究總結(jié)特別提醒：關(guān)于相位差12的說明(1)取值范圍：.(2)0，表明兩振動步調(diào)完全相同，稱為同相，表明兩振動步調(diào)完全相反，稱為反相(3)0，表示振動1比振動2超前0，表示振動1比振動2滯后素養(yǎng)點評：本探究通過對簡諧運動表達式的理解，培養(yǎng)“科學思維”素養(yǎng)對簡諧運動表達式的理解和應用【答案】CD變式3一物體沿x軸做簡諧運動，振幅為8 cm，頻率為0.5 Hz，在t0時，位移是4 cm，且向x軸負方向運動，試寫出用正弦函數(shù)表示的振動方程，并畫出相應的振動圖像簡諧運動的圖像精練4一質(zhì)點做簡諧運動，其位移和時間關(guān)系如圖所示(1)求t0

11、.25102 s時的位移；(2)在t1.5102 s到2102 s的振動過程中，質(zhì)點的位移、速度如何變化？(3)在t0到8.5102 s時間內(nèi)，質(zhì)點的路程、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】彈簧振子做簡諧運動的圖像如圖所示，圖中A點與B、E、F、I等點的振動位移大小相等，方向相同由圖可知，A點與E、I等點對應的時間差為T或T的整數(shù)倍，A點與B、F等點對應的時間差不為T或T的整數(shù)倍，故A錯誤素養(yǎng)點評：本題通過考查簡諧運動的周期性，培養(yǎng)學生的“科學思維”素養(yǎng)課堂小練 | 素養(yǎng)達成1(2021屆張家口月考)一

12、個物體做簡諧運動，下列說法中正確的是()A物體運動過程中相距最遠的兩點之間的距離叫作振幅B物體先后兩次經(jīng)過同一位置所經(jīng)歷的時間叫作振動周期C物體在1秒鐘內(nèi)完成全振動的次數(shù)叫作振動頻率D物體在各個時刻所處的不同狀態(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錯誤；物體先后以相同的運動狀態(tài)通過同一位置所經(jīng)歷的時間叫作振動周期，故B錯誤；物體在1秒鐘內(nèi)完成全振動的次數(shù)叫作振動頻率，故C正確；物體在各個時刻所處的不同狀態(tài)叫作相位，故D錯誤【答案】C3(2021屆昌吉校級期中)如圖所示，小球在B、C之間做簡諧運動，O為BC間的中點，B、C間的距離為10 cm，則下列說法正確的是()A小球的最大位移是10 cmB只有在B、C兩點時，小球的振幅是5 cm，在O點時，小球的振幅是0C無論小球在任何位置，它的振幅都是10 cmD從任意時刻起，一個周期內(nèi)小球經(jīng)過的路程都是20 cm【答案】D【解析】小球位移的起點是O，小球經(jīng)過B或C點時位移最大，最大位移為 5 cm，故A錯誤小球做簡諧運動，振幅不變，由圖知，振幅為A5 cm，故B、C錯誤根據(jù)對稱性和周期性可知，從任意時刻起，一個周期內(nèi)小球經(jīng)過的路程都是4倍振幅，即為4A45 cm20 cm，故D正確4(2021屆濱州期中)某簡諧運動的位移時間圖像如圖所示，下列說法正確的是()A簡諧