2.1簡諧運(yùn)動(dòng)（教學(xué)課件）高二物理同步備課系列（人教版2019選擇性必修第一冊(cè)）

§1簡諧運(yùn)動(dòng)高二物理（人教版2019）選擇性必修第一冊(cè)第二章機(jī)械振動(dòng)觀察下圖幾個(gè)常見的運(yùn)動(dòng)，具有什么共同特點(diǎn)？小狗蕩秋千的運(yùn)動(dòng)鐘擺的往復(fù)運(yùn)動(dòng)镲片的運(yùn)動(dòng)新課引入特點(diǎn):

上述物體總是在某一位置附近做往復(fù)性的運(yùn)動(dòng)。1.定義：我們把物體（或物體的一部分）在一個(gè)位置附近做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱為機(jī)械振動(dòng)。簡稱振動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)：2.特點(diǎn)：(1)中心位置（平衡位置）(2)往復(fù)運(yùn)動(dòng)振動(dòng)物體靜止時(shí)的位置“對(duì)稱性”“周期性”新課引入思考與討論：新課引入1.應(yīng)用萬有引力定律時(shí)，要求兩個(gè)物體需為質(zhì)點(diǎn)，為什么？2.應(yīng)用庫侖定律時(shí)，要求兩個(gè)帶電體需為點(diǎn)電荷，為什么？3.研究自由落體運(yùn)動(dòng)或平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，要求物體只受重力，為什么？

質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷是理想化物理模型；自由落體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)是理想化運(yùn)動(dòng)形式，主要目的是為了研究物理問題的方便性，在明確了基本規(guī)律基礎(chǔ)上可以研究更加復(fù)雜的情況。這節(jié)課我們來研究一個(gè)機(jī)械振動(dòng)運(yùn)動(dòng)中的理想化模型。彈簧振子01彈簧振子的位移-時(shí)間圖像02學(xué)習(xí)目標(biāo)簡諧運(yùn)動(dòng)032.條件：（1）忽略摩擦力等各種阻力；（2）小球看成質(zhì)點(diǎn)；

（3）忽略彈簧質(zhì)量。

1.定義:小球和彈簧所組成的系統(tǒng)稱作彈簧振子，有時(shí)也把這樣的小球稱做彈簧振子或簡稱振子。彈簧+小球一、彈簧振子新課講授新課講授模型實(shí)驗(yàn)演示思考與討論：一、彈簧振子新課講授

結(jié)合剛才的演示實(shí)驗(yàn)和下圖，如果O點(diǎn)是彈簧原長的位置，小球在此點(diǎn)的受力特點(diǎn)是什么？3.平衡位置：振子原來靜止時(shí)的位置，即：小球所受合力為0。一、彈簧振子新課講授思考與討論：彈簧振子的平衡位置一定在彈簧的原長位置嗎？3.平衡位置：一、彈簧振子新課講授不一定在彈簧的原長位置。

如果輕質(zhì)彈簧的下端掛一個(gè)小球，上端固定，它們組成了一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，即為豎直彈簧振子。小球原來靜止時(shí)的位置就是彈簧振子的平衡位置，但此位置卻并非是彈簧原長的位置。思考與討論：一、彈簧振子新課講授1.結(jié)合剛才的演示實(shí)驗(yàn)和下圖，如果我們把彈簧壓縮，讓彈簧振子從最左端的A點(diǎn)釋放，開始運(yùn)動(dòng)，它運(yùn)動(dòng)有何特點(diǎn)？3.你覺得怎樣可以更加形象直觀的描述彈簧振子的運(yùn)動(dòng)呢？2.在由A到O再到B的過程中，彈簧振子的加速度如何變化？速度如何變化？相對(duì)O點(diǎn)的距離如何變化？復(fù)習(xí)回顧：新課講授我們?nèi)绾蚊枋鑫矬w在直線運(yùn)動(dòng)中的位置變化呢？如果我們已經(jīng)知道了物體各個(gè)時(shí)刻的位置信息如下所示：時(shí)間t/s05.010.015.020.0位移x/m0100200300400新課講授時(shí)間t/s05.010.015.020.0位移x/m0100200300400(1)選取位置參考點(diǎn)，設(shè)原點(diǎn)位置坐標(biāo)為零.(2)選取正方向，建立平面直角坐標(biāo)系，用橫軸表示時(shí)間t，用縱軸表示位置X.(3)描點(diǎn)法描出數(shù)據(jù).X/m40030020010005101520t/s位移時(shí)間圖像(4)用平滑的曲線盡可能的把絕大部分點(diǎn)連接起來思考與討論：通過剛才的復(fù)習(xí)，你是否覺得我們也可以通過位移時(shí)間圖像來形象直觀的描述彈簧振子的位置隨時(shí)間的變化關(guān)系呢？二、彈簧振子的位移—時(shí)間圖像新課講授1.結(jié)合著剛才的復(fù)習(xí)，你是覺得我們?cè)诶L制彈簧振子的位移時(shí)間圖像時(shí)應(yīng)該注意哪些問題呢？（1）選取坐標(biāo)原點(diǎn)：以小球的平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)O。（2）確定正方向：確定小球相對(duì)平衡位置坐標(biāo)的正負(fù)。思考與討論：二、彈簧振子的位移—時(shí)間圖像新課講授2.怎樣才能得到小球的位移與時(shí)間的關(guān)系？思考與討論：方法一：毛筆描跡法二、彈簧振子的位移—時(shí)間圖像0xt二、彈簧振子的位移—時(shí)間圖像新課講授方法二：頻閃照相法底片勻速運(yùn)動(dòng)方向0xt

因?yàn)閿z像底片做勻速運(yùn)動(dòng)，底片運(yùn)動(dòng)的距離與時(shí)間成正比。因此，可用底片運(yùn)動(dòng)的距離代表時(shí)間軸，振子的頻閃照片反映了不同時(shí)刻振子離開平衡位置的位移，也就是位移隨時(shí)間變化的規(guī)律。二、彈簧振子的位移—時(shí)間圖像新課講授方法三：用傳感器和計(jì)算機(jī)描繪圖像三、簡諧運(yùn)動(dòng)新課講授思考與討論：

從以上獲得的彈簧振子的x-t圖像可以看出，小球的位移與時(shí)間的關(guān)系似乎可以用正弦函數(shù)來表示。那么我們?nèi)绾未_定彈簧振子中小球的位移與時(shí)間的關(guān)系是否遵從正弦函數(shù)規(guī)律呢？三、簡諧運(yùn)動(dòng)新課講授方法一：正弦函數(shù)代入法(1)假定所得曲線是正弦曲線，測量它的振幅和周期，寫出對(duì)應(yīng)的正弦函數(shù)表達(dá)式；(2)在圖中選小球若干個(gè)位置，用刻度尺在圖中測量增坐標(biāo)，將每個(gè)位移對(duì)應(yīng)的振動(dòng)時(shí)間代入表達(dá)式求出函數(shù)值，比較這一函數(shù)值與測量值，看是否相等，若可視為相等，則這條曲線就是正弦曲線。三、簡諧運(yùn)動(dòng)新課講授方法二：計(jì)算機(jī)函數(shù)圖像耦合法三、簡諧運(yùn)動(dòng)新課講授1.定義：如果物體的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律，即它的振動(dòng)圖像（x-t圖像）是一條正弦曲線，這樣的振動(dòng)是一種簡諧運(yùn)動(dòng)。簡諧運(yùn)動(dòng)是最基本的振動(dòng)。2.圖象意義:表示一個(gè)振子不同時(shí)刻所在的位置或者一個(gè)振子位移隨時(shí)間的變化規(guī)律。三、簡諧運(yùn)動(dòng)新課講授3.獲取信息：①任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移的大小和方向。如圖甲所示，質(zhì)點(diǎn)在t1、t2時(shí)刻的位移分別為x1和－x2。②任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向：看下一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位置，如圖乙中a點(diǎn)，下一時(shí)刻離平衡位置更遠(yuǎn)，故a此刻向上振動(dòng)。三、簡諧運(yùn)動(dòng)新課講授3.獲取信息：③任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的速度、加速度、位移的變化情況及大小比較：看下一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位置，判斷是遠(yuǎn)離還是靠近平衡位置，若遠(yuǎn)離平衡位置，則速度越來越小，加速度、位移越來越大，若靠近平衡位置，則速度越來越大，加速度、位移越來越小，如圖乙中b，從正位移向著平衡