2019-2020年高中物理第1章机械振动第1节简谐运动教学案鲁科版选修3-4

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1、2019-2020年高中物理第1章机械振动第1节简谐运动教学案鲁科版选修3-4　　　　　　　　　　　　　　1．机械振动是物体在平衡位置附近所做的往复运动，简称振动。2．回复力是使振动物体回到平衡位置的力，它是一个效果力，由某一个力或几个力的合力提供，方向总是指向平衡位置。3．简谐运动是一种变加速往复运动，其回复力的大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反。4．弹簧振子是一种理想模型，其运动为简谐运动。机械振动[自读教材·抓基础]1．机械振动物体在平衡位置附近所做的往复运动，简称振动。2．平衡位置物体所受回复力为零的位置。3．回复力(1)方向特点：总是指向平衡位置。(2)作用效果：总是要把

2、振动物体拉回到平衡位置。(3)来源：回复力是根据力的作用效果命名的力，不是单独某一性质的力，可以是一个力，或者一个力的分力，也可以由振动物体受到的几个力的合力来提供。[跟随名师·解疑难]如何理解机械振动中的位移、速度、加速度？(1)位移：指从平衡位置指向振子所在位置的有向线段，大小为平衡位置到振子所在位置的距离。这与一般运动中的位移不同，一般运动中的位移都是由初位置指向末位置。另外，一般运动的位移与时间相对应，而机械振动的位移与时刻相对应。(2)速度：跟运动学中的含义相同，在所建立的坐标轴(也称为“一维坐标系”)上，速度的正负号表示振子运动方向与坐标轴的正方向相同或相反。如图111所示，

3、在x坐标轴上，设O点为平衡位置，A、B为位移最大处，则在O点速度最大，在A、B两点速度为零。图111(3)加速度：振子在通过平衡位置处时，加速度的方向改变。不仅如此，加速度的大小也在时刻变化，可见机械振动是变加速运动。[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)关于机械振动的位移和平衡位置，以下说法正确的是(　　)A．平衡位置就是物体振动范围的中心位置B．机械振动的位移是指以平衡位置为起点的位移C．机械振动的物体运动的路程越大发生的位移也越大D．机械振动的位移是指振动物体偏离平衡位置最远时的位移解析：选B　平衡位置是物体原来静止时的位置，所以应与受力有关，与是否为振动范围的中心位

4、置无关，如乒乓球竖直落在台面上的运动是一个机械振动，显然其运动过程的平衡位置在球台面上，A错误；振动位移是以平衡位置为起点指向质点所在位置的有向线段，振动位移随时间而变，振子偏离平衡位置最远时，振动物体的振动位移最大，所以D错误，B正确；物体经多次振动后回到平衡位置，此时路程大于前一次回到平衡位置时的路程，但位移相等，C错误。弹簧振子的振动[自读教材·抓基础]1．弹簧振子(1)组成：弹簧振子是一种理想化模型，其主要组成部分是一个质量可以忽略不计的弹簧和一个质量为m的物体。图112(2)如图112所示，弹簧振子运动过程中，各物理量变化情况：B→OO→CC→OO→B位移x向右、减小向左、增大

5、向左、减小向右、增大弹力F向左、减小向右、增大向右、减小向左、增大加速度a向左、减小向右、增大向右、减小向左、增大速度v向左、增大向左、减小向右、增大向右、减小(3)其他常见的弹簧振子：图1132．简谐运动(1)定义：物体所受回复力的大小与位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的运动。(2)特征①受力特征：回复力满足F＝－kx，其中k为比例系数，负号表示力与位移的方向相反，x为物体偏离平衡位置的位移。②运动特征：加速度满足a＝－，即做简谐运动的物体加速度的大小与位移的大小成正比，方向与位移方向相反。[跟随名师·解疑难]1．弹簧振子位移、速度、加速度的变化规律(1)变化规律：当物体做简谐运动

6、时，它偏离平衡位置的位移x、回复力F、加速度a、速度v、动能Ek、势能Ep及振动能量E遵循一定的变化规律，可列表如下：xFavEkEpE远离平衡位置运动增大增大增大减小减小增大不变最大位移处最大最大最大零零最大不变靠近平衡位置运动减小减小减小增大增大减小不变平衡位置零零零最大最大最小不变(2)两个转折点：①平衡位置是位移、回复力和加速度方向变化的转折点。②最大位移处是速度方向变化的转折点。(3)一个守恒：简谐运动过程中动能和势能之间相互转化，但系统的机械能守恒。[特别提醒]　简谐运动中的位移、速度和加速度是彼此独立的物理量，在同一位置，位移和加速度的方向是一定的，而速度方向却有两种可能(

7、两个“端点”除外)。2．对简谐运动对称性的理解如图114所示，物体在A与B间运动，O点为平衡位置，任取关于O点对称的C、D两点，则有：图114(1)时间对称：tOB＝tBO＝tOA＝tAO，tOD＝tDO＝tCO＝tOC，tDB＝tBD＝tAC＝tCA。(2)位移、回复力、加速度对称：①物体连续两次经过同一点(如图114中的D点)的位移、回复力、加速度大小相等，方向相同。②物体经过关于O点对称的两点(如图114中的C与D两点)的位移