2018-2019学年高中创新设计物理教科版选修34学案：第1章第1讲简谐运动

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1、第一章机械振动第1讲简谐运动［目标定位］1.知道什么叫机械振动，什么叫平衡位置2知道什么是弹簧振子，理解振子的位移.3.掌握简谐运动的动力学特征，明确回复力的概念.4.知道什么是振动的振幅、周期和频率.5.理解简谐运动在一次全振动过程屮的位移、冋复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况.I預习导学丨梳理［识记点拨—、机械振动物体(或物体的某一部分)在某一位置两侧所做的往复运动,叫做机械振动，通常简称为振动.这个位置称为平衡位置.二、简谐运动1.振子模型：如图1所示，如果小球与水平杆之间的麾擦忽略不计，弹簧的质量

2、比小球的质量小得多,也可以忽略不计，这样的系统称为弹簧振子.其屮的小球常称为振子.图12.回复力：当小球偏离平衡位置时，受到的指向平衡位置的力.3.简谐运动：如果物体所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向壬衡位置,则物体所做的运动叫做简谐运动.4.简谐运动是最简单、最基本的振动.三、振幅、周期和频率1.振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离.物理意义：振幅是表示振动輕的物理暈.2.周期和频率(1)周期：振子完成一次全振动所用的时间,用T表示，单位是秒，符号是s.(2)频率：单位时间内完成全振动的迓数

3、，用/表示，单位是赫兹，符号是虫.(3)周期与频率的关系：戶*(4)物理意义：周期和频率都是表示振动快慢的物理量.想一想振幅就是振动物体离开平衡位置的最大位移吗？为什么？答案不是.振幅是一个标量.它是指物体离开平衡位置的最大距离.它既没有负值,也无方向，而最大位移既有大小，也有方向，所以振幅不同于最大位移.四、简谐运动的能量1.振动系统的总机械能：弹簧的势能和振子的动能之和.2.如果不考虑摩擦和空气阻力，振动系统的总机械能守恒.3.简谐运动是一个理想化模型.想一想弹簧振子在振动过程中动能与势能相互转化，振子的位

4、移兀、冋复力F、加速度a、速度P四个物理量屮有哪儿个与动能的变化步调一致？答案只有速度0.I澡蹙讲义理解深化探究」一、对简谐运动的理解1.简谐运动的位移简谐运动的位移是矢量，是从平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段.注意：简谐运动的位移和一般运动中的位移有很大区别，一般运动中的位移都是由初位置指向末位置，而简谐运动的位移都是由平衡位置指向振动质点所在位置.2.简谐运动的回复力（1）回复力是指将振动物体拉回到平衡位置的力，它可以是物体所受的合外力，也可以是一个力或某一个力的分力，而不是一种新的性质力.（2）简谐

5、运动的冋复力：F=~kx①R是比例系数，并非弹簧的劲度系数（水平弹簧振子中k为弹簧的劲度系数），其值由振动系统决定，与振幅无关.②“一”号表示回复力的方向与偏离平衡位置的位移的方向相反.③x是指质点相对平衡位置的位移，不一定是弹簧的伸长量或压缩量.④回复力的作用总是把物体拉向平衡位置.3.简谐运动的加速度据牛顿第二定律，6/=£=-^r,表明弹簧振子做简谐运动时振子的加速度大小与位移大小成正比，加速度方向与位移方向相反.说明：k是比例系数，不能与弹簧的劲度系数相混淆.【例1）如图2所示，一弹簧振子在一光滑水平杆

6、上做简谐运动，第一次先后经过M、MON图2A.振子在M、N两点所受弹簧弹力相同B.振子在M、N两点相对平衡位置的位移相同C.振子在M、N两点加速度大小相等D.从M点到N点，振子先做匀加速运动，后做匀减速运动解析因位移、速度、加速度和弹力都是矢量，它们要相同必须大小相等、方向相同，M、/V两点关于0点对称，振子所受弹力应大小相等、方向相反，振子位移也是大小相等，方向相反.由此可知，A、B选项错误.振子在M、N两点的加速度虽然方向相反，但大小相等，故C选项正确.振子由速度越来越大，但加速度越来越小，振子做加速运动，

7、但不是匀加速运动•振子由0-N速度越来越小，但加速度越来越大，振子做减速运动，但不是匀减速运动，故D选项错误.答案C借题发挥弹簧振子位于关于平衡位置对称的两点时，振子的位移、加速度大小相等，方向相反；振子的速度大小相等，方向可能相同，也可能相反.针对训练1（多选）如图3所示，一个弹簧振子做简谐运动，关于弹簧振子的位移和加速度的下列说法正确的是（）§俪恥5卜O/<777777^777777777/%BOA图3A.位移最大时,加速度最大B.位移最小时,加速度最大C.位移最大时,速度最大D.位移最小吋，速度最大解析根

8、据简谐运动的位移和回复力的关系可知，弹簧振子的位移最大时，加速度最大，选项A正确，B错误；弹簧振子的速度为零时，加速度为零，速度最大，选项C错误，D正确.答案AD二、描述简谐运动的物理量1.对全振动的理解正确理解全振动的概念，应注意把握全振动的五种特征.（1）振动特征：一个完整的振动过程.(2)物理量特征：位移(x)、速度(“)第一次同时与初始状态相同，即物体从同一方向回到出发点.(3