人教版4簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)（43張）

物理選修3-4·人教版新課標(biāo)導(dǎo)學(xué)第十一章機(jī)械振動(dòng)〔情

景

切

入〕鐘擺的運(yùn)動(dòng)給人們提供了一種計(jì)時(shí)的方法，共振篩的運(yùn)用提高了人們的勞動(dòng)效率，車箱與車軸間的減振板使車輛的運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)，聲帶的振動(dòng)可使我們通過語(yǔ)言交流思想感情，地震則可能給人類帶來(lái)巨大的災(zāi)難。振動(dòng)是一把雙刃劍，由此可見學(xué)習(xí)機(jī)械振動(dòng)的重要性。振動(dòng)是一種運(yùn)動(dòng)的形式，并不僅僅局限于力學(xué)，在電學(xué)中同樣有它的身影，這在3－2教材中已經(jīng)有過體現(xiàn)，通過本章的學(xué)習(xí)你將融會(huì)貫通?！仓?/p>

識(shí)

導(dǎo)

航〕機(jī)械運(yùn)動(dòng)的形式是多種多樣的，有平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)、波動(dòng)等形式，這一章主要學(xué)習(xí)機(jī)械振動(dòng)中最簡(jiǎn)單、最基本的一種周期性運(yùn)動(dòng)——簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。本章首先講述了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的基本特點(diǎn)，然后通過圖象介紹簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和特點(diǎn)，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的實(shí)例——單擺、受迫振動(dòng)等知識(shí)。本章的重點(diǎn)是理解和掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，掌握簡(jiǎn)諧振動(dòng)的公式和圖象，應(yīng)用單擺的周期公式解決一些實(shí)際問題。而對(duì)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的力、位移、速度和加速度之間的變化特點(diǎn)，是本章的難點(diǎn)?！矊W(xué)

法

指

導(dǎo)〕1．本章是力學(xué)內(nèi)容的進(jìn)一步延續(xù)和拓展，是運(yùn)用力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律分析、判斷具體問題的典范，要應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律的分析方法來(lái)理解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過程中力、加速度、速度的變化特點(diǎn)，用機(jī)械能守恒定律來(lái)理解動(dòng)能和勢(shì)能的變化規(guī)律。2．要學(xué)好本章知識(shí)，還需要運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)及研究方法處理物理實(shí)際問題，要學(xué)會(huì)通過圖象分析質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3．本章知識(shí)比較瑣碎、概念較多，且振動(dòng)的規(guī)律與直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律存在很大差異，應(yīng)在理解概念和本章規(guī)律上多下工夫。要通過實(shí)例理解振動(dòng)的周期性和對(duì)稱性，充分利用這些特點(diǎn)解決振動(dòng)問題。4．在閱讀教材時(shí)，對(duì)教材中出現(xiàn)的“做一做”“思考與討論”“實(shí)驗(yàn)”“科學(xué)漫步”等材料，要認(rèn)真研讀，加強(qiáng)與同學(xué)的交流與合作。第一節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)※知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的概念※※掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移時(shí)間圖象，并能解決相關(guān)問題知識(shí)導(dǎo)圖1課前預(yù)習(xí)2課內(nèi)探究3素養(yǎng)提升4課堂達(dá)標(biāo)5課時(shí)作業(yè)課前預(yù)習(xí)1．機(jī)械振動(dòng)(1)定義：物體(或物體的一部分)在某一______位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，叫機(jī)械振動(dòng)，簡(jiǎn)稱振動(dòng)。(2)特征：第一，有一個(gè)“中心位置”，即______位置，也是振動(dòng)物體靜止時(shí)的位置；第二，運(yùn)動(dòng)具有________。知識(shí)點(diǎn)1機(jī)械振動(dòng)與彈簧振子中心平衡往復(fù)性2．彈簧振子(1)彈簧振子：彈簧振子是指______和______所組成的系統(tǒng)，是一種________模型。(2)振子模型：有水平彈簧振子和豎直彈簧振子。如圖所示，圖甲中球與桿之間的摩擦可以______，且彈簧的質(zhì)量與小球的質(zhì)量相比可以______。小球彈簧理想化忽略忽略1．建立坐標(biāo)系以小球的__________為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿著__________方向建立坐標(biāo)軸。小球在平衡位置______時(shí)它對(duì)平衡位置的位移為正，在______時(shí)為負(fù)(以水平彈簧振子為例)。2．位移——時(shí)間圖象橫坐標(biāo)表示振子振動(dòng)的______，縱坐標(biāo)表示振子相對(duì)__________的位移。3．物理意義反映了振子的______隨______的變化規(guī)律。知識(shí)點(diǎn)2彈簧振子的位移—時(shí)間圖象平衡位置它的振動(dòng)右邊左邊時(shí)間平衡位置位移時(shí)間1．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(1)定義：如果質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從______函數(shù)的規(guī)律，即它的振動(dòng)圖象(x－t圖象)是一條______曲線，這樣的振動(dòng)叫做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。(2)特點(diǎn)：①簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最______、最______的振動(dòng)。②簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，所以它不是________運(yùn)動(dòng)，是變力作用下的________運(yùn)動(dòng)。知識(shí)點(diǎn)3簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及其圖象正弦正弦基本簡(jiǎn)單勻變速變加速2．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象(1)形狀：正(余)弦曲線，如圖所示。(2)物理意義：表示振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻偏離__________的位移，是位移隨時(shí)間的變化規(guī)律。(3)獲取信息：從圖象上可直接看出不同時(shí)刻振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的______大小和方向。平衡位置位移『判一判』(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是勻變速運(yùn)動(dòng)。(

)(2)彈簧振子每次經(jīng)過平衡位置時(shí)，位移為零、動(dòng)能最大。(

)(3)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本的振動(dòng)。(

)(4)彈簧振子的運(yùn)動(dòng)不一定是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。(

)(5)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象描述的是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的軌跡。(

)(6)只要質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，這個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。(

)預(yù)習(xí)反饋×

√

√

×

×

√

D

答案：振子的位移—時(shí)間圖象不是振子的運(yùn)動(dòng)結(jié)軌跡。例如，水平方向的彈簧振子的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條水平線段。課內(nèi)探究提示：小球?yàn)樗芰闲∏颍|(zhì)量較小，因此該裝置不能看作彈簧振子；小球的位移大小為OB的長(zhǎng)度，方向由O指向B。探究一對(duì)彈簧振子和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的理解1．實(shí)際物體看作理想振子的條件(1)彈簧的質(zhì)量比小球的質(zhì)量小得多，可以認(rèn)為質(zhì)量集中于振子(小球)；(2)構(gòu)成彈簧振子的小球體積足夠小，可以認(rèn)為小球是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)；(3)忽略彈簧以及小球與水平桿之間的摩擦力；(4)小球從平衡位置被拉開的位移在彈性限度內(nèi)。2．對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移、速度和加速度的理解(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移位移的表示方法：以平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，以振動(dòng)所在的直線為坐標(biāo)軸，規(guī)定正方向，則某時(shí)刻振子偏離平衡位置的位移可用該時(shí)刻振子所在位置的坐標(biāo)來(lái)表示。(2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的速度①物理含義：速度是描述振子在平衡位置附近振動(dòng)快慢的物理量。在所建立的坐標(biāo)軸(也稱“一維坐標(biāo)系”)上，速度的正負(fù)號(hào)表示振子運(yùn)動(dòng)方向與坐標(biāo)軸的正方向相同或相反。②特點(diǎn)：如圖所示為一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的模型，振子在A、B之間振動(dòng)，則振子在O點(diǎn)速度最大，在A、B兩點(diǎn)速度為零。(3)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的加速度①產(chǎn)生：水平彈簧振子的加速度是由彈簧彈力產(chǎn)生的。②方向特點(diǎn)：總是指向平衡位置。③大小變化規(guī)律：遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動(dòng)，振子的加速度增大；向平衡位置運(yùn)動(dòng)，振子的加速度減??；平衡位置振子的加速度為零；最大位移處振子的加速度最大。解題指導(dǎo)：(1)振動(dòng)物體通過同一位置，其位移的方向是一定的，而速度方向卻有兩種可能。(2)在判斷簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移、速度、加速度的關(guān)系時(shí)，應(yīng)作出物理情景示意圖。結(jié)合示意圖進(jìn)行分析。D

解析：若位移為負(fù)值，加速度一定為正值，而速度有兩種可能的方向，所以速度不一定為正值，故A錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)通過平衡位置時(shí)，速度最大，加速度為零，故B錯(cuò)誤。質(zhì)點(diǎn)每次通過平衡位置時(shí)，位移相同，加速度一定相同，而速度不一定相同，故C錯(cuò)誤，D正確。B

解析：物體和平臺(tái)一起做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，物體的加速度豎直向下，處于失重狀態(tài)，物體對(duì)臺(tái)面的正壓力小于物體的重力；當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)過振動(dòng)中心點(diǎn)時(shí)，物體的加速度為零，物體對(duì)臺(tái)面的正壓力等于物體的重力；當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，物體的加速度豎直向上，處于超重狀態(tài)，物體對(duì)臺(tái)面的正壓力大于物體的重力。因此，當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，物體對(duì)臺(tái)面的正壓力最小，故選B。提示：(1)一條直線(2)一條正弦(或余弦)曲線探究二對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的理解1．圖象形狀：正(余)弦曲線。2．物理意義：表示振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻偏離平衡位置的位移，是位移隨時(shí)間的變化規(guī)律。3．從圖象可獲取的信息(1)任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移的大小和方向。如圖1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2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)。(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(lái)越小，加速度、位移越來(lái)越大，若靠近平衡位置，則速度越來(lái)越大，加速度、位移越來(lái)越小，如圖中b，從正位移向著平衡位置運(yùn)動(dòng)，則速度為負(fù)且增大，位移、加速度正在減小，c從負(fù)位移遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動(dòng)，則速度為負(fù)且減小，位移、加速度正在增大。AC

解題指導(dǎo)：根據(jù)振動(dòng)圖像分析問題時(shí)，要把振動(dòng)圖像和振子的運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來(lái)，由圖像獲取信息形成物理情景。解析：振子在A點(diǎn)和B點(diǎn)時(shí)的位移最大，由于取向右為正方向，所以振子運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)有正向最大位移，在B點(diǎn)有負(fù)向最大位移，則t2時(shí)刻，振子在A點(diǎn)，t4時(shí)刻，振子在B點(diǎn)，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；振子的位移是以平衡位置為起點(diǎn)，所以在t1～t2和t3～t4時(shí)間內(nèi)振子的位移都在增大，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。ACD

解析：該圖象的坐標(biāo)原點(diǎn)是建立在彈簧振子的平衡位置，小球的振動(dòng)過程是沿垂直于x軸方向移動(dòng)的，故A對(duì)，B錯(cuò)。由獲得圖象的方法知C對(duì)。頻閃照相是在相同時(shí)間留下的小球的像，因此小球的疏密顯示了它的位置變化快慢，D對(duì)。素養(yǎng)提