高中物理(新教材)選修一課件12-2-簡諧運(yùn)動的描述人教版

高中物理(新教材)選修一課件12-2-簡諧運(yùn)動的描述人教版目錄CONTENTS簡諧運(yùn)動基本概念簡諧運(yùn)動描述方法彈簧振子模型分析單擺模型分析受迫振動與共振現(xiàn)象簡諧運(yùn)動在生活中的應(yīng)用01簡諧運(yùn)動基本概念簡諧運(yùn)動定義簡諧運(yùn)動特點簡諧運(yùn)動定義與特點簡諧運(yùn)動的物體在平衡位置附近做周期性的往復(fù)運(yùn)動，其位移、速度、加速度等物理量都隨時間按正弦或余弦規(guī)律變化。物體在一條直線上做往復(fù)運(yùn)動，如果物體在與位移成正比的恢復(fù)力的作用下，其加速度與位移成正比且方向相反，這樣的振動稱為簡諧運(yùn)動。振動周期做簡諧運(yùn)動的物體完成一次全振動所需的時間稱為振動的周期，用T表示，單位是秒(s)。振動頻率單位時間內(nèi)物體完成全振動的次數(shù)稱為振動的頻率，用f表示，單位是赫茲(Hz)。頻率與周期互為倒數(shù)關(guān)系，即f=1/T。振動周期與頻率振幅相位初相位振幅、相位及初相位振動物體離開平衡位置的最大距離稱為振幅，用A表示。振幅反映了振動的強(qiáng)弱程度，振幅越大，振動越強(qiáng)。描述周期性運(yùn)動在各個時刻的狀態(tài)的物理量。對于簡諧運(yùn)動，相位是指物體振動的位移和速度之間的相對關(guān)系，用ωt+φ0表示，其中ω為角頻率，t為時間，φ0為初相位。振動物體在t=0時刻的相位稱為初相位，用φ0表示。初相位反映了振動起始時刻的狀態(tài)，不同的初相位會導(dǎo)致振動狀態(tài)的不同。02簡諧運(yùn)動描述方法用圖像的方式表示振動物體離開平衡位置的位移隨時間的變化關(guān)系。振動圖像在平面直角坐標(biāo)系中，以橫軸表示時間，縱軸表示位移，根據(jù)振動物體的運(yùn)動規(guī)律，描繪出振動物體的振動圖像。振動圖像的繪制通過振動圖像可以直觀地了解振動物體的振幅、周期、頻率等振動特性。振動圖像的應(yīng)用振動圖像法

旋轉(zhuǎn)矢量法旋轉(zhuǎn)矢量在平面內(nèi)，以一定長度為半徑畫一個圓，取該圓上一點作為矢量的端點，該矢量繞圓心旋轉(zhuǎn)時，其端點的運(yùn)動軌跡就是簡諧運(yùn)動的軌跡。旋轉(zhuǎn)矢量的繪制根據(jù)簡諧運(yùn)動的規(guī)律，確定矢量的長度和旋轉(zhuǎn)角速度，然后在平面內(nèi)繪制出旋轉(zhuǎn)矢量。旋轉(zhuǎn)矢量的應(yīng)用通過旋轉(zhuǎn)矢量法可以方便地描述簡諧運(yùn)動的位移、速度、加速度等物理量，以及它們之間的相位關(guān)系。用三角函數(shù)或指數(shù)函數(shù)等數(shù)學(xué)形式表示簡諧運(yùn)動的規(guī)律。數(shù)學(xué)表達(dá)式根據(jù)簡諧運(yùn)動的定義和規(guī)律，選擇合適的數(shù)學(xué)形式，如正弦函數(shù)、余弦函數(shù)等，建立簡諧運(yùn)動的數(shù)學(xué)表達(dá)式。數(shù)學(xué)表達(dá)式的建立通過數(shù)學(xué)表達(dá)式可以精確地計算簡諧運(yùn)動的位移、速度、加速度等物理量，以及它們之間的定量關(guān)系。同時，數(shù)學(xué)表達(dá)式也是進(jìn)一步研究簡諧運(yùn)動的基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)表達(dá)式的應(yīng)用數(shù)學(xué)表達(dá)式法03彈簧振子模型分析忽略摩擦、空氣阻力等次要因素，將振動物體抽象為質(zhì)點，彈簧抽象為無質(zhì)量的理想彈簧。理想化模型平衡位置振動周期振動物體在振動過程中所受回復(fù)力為零的位置，即彈簧原長位置。振動物體完成一次全振動所需的時間，與振幅無關(guān)，由振動物體本身性質(zhì)決定。030201彈簧振子模型建立在振動過程中，只有重力或彈力做功，系統(tǒng)機(jī)械能守恒。機(jī)械能守恒在平衡位置附近，動能最大，勢能最??；在最大位移處，動能最小，勢能最大。動能與勢能轉(zhuǎn)化振動能量以波的形式在介質(zhì)中傳播，傳播方向與質(zhì)點振動方向垂直。能量傳遞彈簧振子能量轉(zhuǎn)化與守恒01020304簡諧振動實例受迫振動與共振阻尼振動與減幅振動波的干涉與衍射彈簧振子在實際問題中應(yīng)用單擺、復(fù)擺、扭擺等均可視為簡諧振動，可用彈簧振子模型進(jìn)行分析。當(dāng)外界驅(qū)動力頻率接近系統(tǒng)固有頻率時，系統(tǒng)振幅顯著增大，產(chǎn)生共振現(xiàn)象。考慮摩擦、空氣阻力等因素時，振動幅度逐漸減小，最終停止振動。利用波的疊加原理分析波的干涉現(xiàn)象；當(dāng)波遇到障礙物或小孔時發(fā)生衍射現(xiàn)象。04單擺模型分析實際單擺模型考慮空氣阻力、懸線質(zhì)量及形變，重物形狀及大小對擺動的影響。理想單擺模型忽略空氣阻力、懸線質(zhì)量及形變，將重物視為質(zhì)點，且只在二維平面內(nèi)擺動。單擺條件擺角很小（通常小于5°），以確保擺動過程中重力沿弧線的分力近似等于回復(fù)力。單擺模型建立及條件根據(jù)簡諧振動周期公式及單擺受力分析，推導(dǎo)出單擺周期公式T=2π√(L/g)，其中L為擺長，g為重力加速度。周期公式推導(dǎo)利用單擺周期公式可計算不同擺長、重力加速度下的單擺周期，進(jìn)而研究單擺運(yùn)動規(guī)律。周期公式應(yīng)用單擺周期公式推導(dǎo)及應(yīng)用驗證單擺周期公式的正確性，探究影響單擺周期的因素。鐵架臺、細(xì)線、秒表、游標(biāo)卡尺、重物（如小球）等。單擺實驗設(shè)計與操作實驗器材實驗?zāi)康膶嶒灢襟E1.安裝實驗器材，將細(xì)線一端固定在鐵架臺上，另一端懸掛重物，調(diào)整細(xì)線長度使重物自然下垂時位于鐵架臺中心。2.使用游標(biāo)卡尺測量重物的直徑，多次測量取平均值以減小誤差。單擺實驗設(shè)計與操作3.使重物偏離平衡位置一小角度（小于5°），釋放后開始計時，記錄重物經(jīng)過最低點的次數(shù)和所用時間。4.改變細(xì)線長度或重物質(zhì)量，重復(fù)步驟3多次實驗以獲取足夠數(shù)據(jù)。5.分析實驗數(shù)據(jù)，計算單擺周期并與理論值進(jìn)行比較，得出結(jié)論。單擺實驗設(shè)計與操作05受迫振動與共振現(xiàn)象受迫振動定義01物體在周期性驅(qū)動力作用下的往復(fù)運(yùn)動。受迫振動特點02物體做受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，而與物體固有頻率無關(guān)。驅(qū)動力頻率與物體固有頻率的關(guān)系03當(dāng)驅(qū)動力頻率等于物體固有頻率時，受迫振動的振幅最大，產(chǎn)生共振現(xiàn)象；當(dāng)驅(qū)動力頻率與物體固有頻率相差較大時，受迫振動的振幅較小。受迫振動概念及特點共振現(xiàn)象產(chǎn)生條件驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率。共振現(xiàn)象的危害共振現(xiàn)象可能導(dǎo)致物體的振幅迅速增大，從而造成物體的破壞或損傷。例如，橋梁、建筑物等在地震、風(fēng)等外力作用下可能產(chǎn)生共振現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞或坍塌。共振現(xiàn)象產(chǎn)生條件及危害在建筑物、橋梁等結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過改變結(jié)構(gòu)的固有頻率或增加阻尼等措施，以避免與外力頻率相同而產(chǎn)生共振現(xiàn)象。例如，在建筑物中設(shè)置隔震支座、減震器等裝置，以減小地震對建筑物的影響。防止共振現(xiàn)象實例音響設(shè)備中利用共振原理來增強(qiáng)聲音的效果。在音響設(shè)備中，揚(yáng)聲器振膜的振動經(jīng)過共鳴腔的放大和共振作用，被人耳聽到。通過調(diào)整共鳴腔的形狀和大小，可以改變音響設(shè)備的音效特點。利用共振現(xiàn)象實例防止和利用共振現(xiàn)象實例06簡諧運(yùn)動在生活中的應(yīng)用鐘擺、秋千等生活中常見例子鐘擺鐘擺的周期性擺動是簡諧運(yùn)動的一個典型例子。鐘擺的擺動周期與擺長、重力加速度有關(guān)，通過調(diào)整擺長可以實現(xiàn)對時鐘走時的精確控制。秋千秋千的擺動也是簡諧運(yùn)動的一種表現(xiàn)形式。在秋千擺動過程中，重力和繩子的張力共同作用，使秋千做周期性的往復(fù)運(yùn)動。在音樂中，音調(diào)的高低與聲波的振動頻率有關(guān)。簡諧振動產(chǎn)生的聲波經(jīng)過樂器或電子設(shè)備的調(diào)制，可以形成不同音調(diào)的音符。音調(diào)控制節(jié)拍是音樂中時間的基本單位，與簡諧運(yùn)動的周期性密切相關(guān)。通過調(diào)整簡諧振動的頻率和幅度，可以控制音樂的節(jié)奏和速度。節(jié)拍控制音樂中音調(diào)和節(jié)拍控制原理隔震技術(shù)在建筑工程中，隔震技術(shù)利用簡諧運(yùn)動的原理來減少地震對建筑物的影響。通過在建筑物下方設(shè)置隔震支座