《2016-2017學(xué)年高中物理人教版選修3-4課件：11.1 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).ppt-匯文網(wǎng)》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《2016-2017學(xué)年高中物理人教版選修3-4課件：11.1 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).ppt-匯文網(wǎng)（22頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、第十一章 機(jī)械振動(dòng),1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),1.知道機(jī)械振動(dòng)是物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一種形式,知道機(jī)械振動(dòng)的概念。 2.理解彈簧振子是一種理想化的模型。 3.知道彈簧振子的位移時(shí)間圖象的形狀,并理解圖象的物理意義。 4.經(jīng)歷對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)特征的探究過(guò)程,學(xué)會(huì)用圖象描繪簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的方法。,1.彈簧振子 (1)平衡位置:振子原來(lái)靜止時(shí)的位置。 (2)機(jī)械振動(dòng):振子在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng),簡(jiǎn)稱(chēng)振動(dòng)。 (3)彈簧振子:它是小球和彈簧組成的系統(tǒng)的名稱(chēng),是一種理想化模型,表現(xiàn)在構(gòu)造上彈簧的質(zhì)量可以忽略,認(rèn)為質(zhì)量只集中在小球上;表現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)上是不受任何阻力。 2.彈簧振子的位移時(shí)間圖象 (1)圖象的建立:以小球的平衡位置為坐標(biāo)

2、原點(diǎn),沿著它的振動(dòng)方向建立坐標(biāo)軸。小球在平衡位置右邊時(shí)它對(duì)平衡位置的位移為正,在左邊時(shí)為負(fù)。 (2)圖象的意義:反映了振動(dòng)物體相對(duì)平衡位置的位移x隨時(shí)間t變化的規(guī)律。,有同學(xué)說(shuō),既然彈簧振子的振動(dòng)圖象是一條正弦曲線(xiàn),那么振子的運(yùn)動(dòng)軌跡也應(yīng)是正弦曲線(xiàn)。結(jié)合水平方向的彈簧振子想一下,這種說(shuō)法對(duì)嗎?為什么? 提示:不對(duì)。因?yàn)檎駝?dòng)圖象不是運(yùn)動(dòng)軌跡。例如,水平方向的彈簧振子振動(dòng)時(shí),振子的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條直線(xiàn)。,3.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及其圖象 (1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的定義:如果質(zhì)點(diǎn)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)圖象(x-t圖象)是一條正弦曲線(xiàn),這樣的振動(dòng)叫作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。 在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中,彈簧振子的位移與機(jī)械運(yùn)動(dòng)

3、中質(zhì)點(diǎn)的位移有何不同? 提示:機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的位移是從初位置指向末位置的有向線(xiàn)段,在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中,振子的位移通常是指某時(shí)刻的位移,即從平衡位置指向振子在該位置的有向線(xiàn)段;若分析振子在某段時(shí)間內(nèi)的位移,仍然是由初位置指向末位置的有向線(xiàn)段。,(2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn):簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本的振動(dòng)。彈簧振子的振動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。 (3)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的應(yīng)用:醫(yī)院里的心電圖儀、地震儀中繪制地震曲線(xiàn)的裝置。,一,二,三,一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移、速度、加速度 1.位移:從平衡位置指向振子所在位置的有向線(xiàn)段為振子的位移。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(xiàn)為坐標(biāo)軸,規(guī)定正方向,則某一時(shí)刻振子(偏離平衡位置

4、)的位移用該時(shí)刻振子所在的位置坐標(biāo)來(lái)表示。振子在兩“端點(diǎn)”時(shí)位移最大,在平衡位置時(shí)位移為零,振子通過(guò)平衡位置時(shí),位移改變方向。 2.速度:跟運(yùn)動(dòng)學(xué)中的含義相同,其大小表示振子運(yùn)動(dòng)的快慢,其方向與振子的運(yùn)動(dòng)方向相同,應(yīng)明確速度和位移是彼此獨(dú)立的物理量。如振子通過(guò)同一個(gè)位置(最大位移處除外),其位移矢量的方向是一定的,而其速度方向卻有兩種可能指向或背離平衡位置。 振子在最大位移處速度為零,在平衡位置時(shí)速度最大,振子在最大位移處速度方向發(fā)生改變。,一,二,三,振子在位移最大處加速度最大,通過(guò)平衡位置時(shí)加速度為零,此時(shí)加速度改變方向。 特別警示當(dāng)位移相同時(shí),物體運(yùn)動(dòng)的速度大小相等,但方向可能相同,也可

5、能相反;當(dāng)速度相同時(shí),位移大小相等,但方向可能相同,也可能相反。,一,二,三,二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象 1.理解 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種復(fù)雜的非勻變速運(yùn)動(dòng),但運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)具有簡(jiǎn)單的周期性、重復(fù)性、對(duì)稱(chēng)性,所以用圖象研究要比用函數(shù)關(guān)系研究更直觀(guān)、簡(jiǎn)便。圖象方法是物理學(xué)中常用的研究方法。 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象不是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的軌跡,簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中質(zhì)點(diǎn)的軌跡是線(xiàn)段(如彈簧振子)或圓弧(如后面要講的單擺)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象是以縱坐標(biāo)(位移軸)的數(shù)值表示質(zhì)點(diǎn)相對(duì)平衡位置的位移,以橫坐標(biāo)(時(shí)間軸)的數(shù)值表示各個(gè)時(shí)刻,這樣在x-t坐標(biāo)系內(nèi),可以找出各個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)平衡位置的位移,即位移隨時(shí)間變化的情況振動(dòng)圖象。例如,圖中P1的坐標(biāo)(t

6、1,x1)并不表示t1時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)在P1點(diǎn),而是表示在t1時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置在正方向上的位移是x1,所以振動(dòng)圖象并不是質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。,一,二,三,圖象上任一時(shí)刻過(guò)該點(diǎn)切線(xiàn)的斜率數(shù)值代表該時(shí)刻振子的速度大小,正負(fù)表示速度的方向,正值時(shí)沿x軸正方向,負(fù)值時(shí)沿x軸負(fù)方向。,一,二,三,2.應(yīng)用 (1)讀取任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)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。,一,二,三,(2)判斷任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向 根據(jù)下一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位置分析判斷。例如,圖乙中的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)。,一,二,三,(3)分析任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的速度、加速度、位移的變化情況 看

7、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。例如,圖乙中b正從正位移x0處向平衡位置運(yùn)動(dòng),則速度為負(fù)且正在增大,位移、加速度正在減小;c正從負(fù)位移-x0處遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動(dòng),則速度為負(fù)且正在減小,位移、加速度正在增大。 特別警示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象隨時(shí)間的增加而延伸,過(guò)去時(shí)刻的圖形已成為歷史,將永遠(yuǎn)保持不變。,一,二,三,三、理解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性 如圖所示,物體在A(yíng)與B間運(yùn)動(dòng),O點(diǎn)為平衡位置,C和D兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng),則有: 1.時(shí)間的對(duì)稱(chēng) tOB=tBO=tOA=tAO tOD=tDO=tO

8、C=tCO,tDB=tBD=tAC=tCA 2.速度的對(duì)稱(chēng) (1)物體連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)同一點(diǎn)(如D點(diǎn))的速度大小相等,方向相反。 (2)物體經(jīng)過(guò)關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的兩點(diǎn)(如C與D兩點(diǎn))的速度大小相等,方向可能相同,也可能相反。,類(lèi)型一,類(lèi)型二,類(lèi)型三,對(duì)“彈簧振子”模型的理解 【例1】如圖所示,把一個(gè)有孔的質(zhì)量較小的木球裝在彈簧的一端,彈簧的另一端固定,小球穿在光滑桿上,能夠自由振動(dòng),這個(gè)系統(tǒng)可稱(chēng)為彈簧振子嗎?若將木球改為質(zhì)量較大的鋼球呢?,點(diǎn)撥:彈簧振子是一種理想化的模型,弄清其特點(diǎn)是分析問(wèn)題的關(guān)鍵。 解析:當(dāng)小球?yàn)槟厩驎r(shí),彈簧的質(zhì)量不可以忽略,所以該系統(tǒng)不能稱(chēng)為彈簧振子;當(dāng)小球?yàn)殇撉驎r(shí),彈簧的質(zhì)量可

9、以忽略,又由于桿表面是光滑的,且鋼球可視為質(zhì)點(diǎn),所以該系統(tǒng)可稱(chēng)為彈簧振子。 答案:不可以可以,類(lèi)型一,類(lèi)型二,類(lèi)型三,題后反思彈簧振子的特點(diǎn),類(lèi)型一,類(lèi)型二,類(lèi)型三,觸類(lèi)旁通彈簧振子的平衡位置,一定在彈簧的原長(zhǎng)處嗎? 解析:彈簧振子不一定水平放置(可以豎直,也可以?xún)A斜),所以它的平衡位置不一定在原長(zhǎng)處。例如,如圖所示,用手把鋼球向上托起一段距離,然后釋放,鋼球便上下振動(dòng),其振動(dòng)的平衡位置不在彈簧的原長(zhǎng)位置,而是在彈力與重力的合力為零的位置。 答案:不一定,類(lèi)型一,類(lèi)型二,類(lèi)型三,簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各物理量的變化規(guī)律 【例2】 一水平彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),則下列說(shuō)法中正確的是() A.若位移為負(fù)值,則速度

10、一定為正值 B.振子通過(guò)平衡位置時(shí),速度為零 C.振子每次通過(guò)平衡位置時(shí),速度一定相同 D.振子每次通過(guò)同一位置時(shí),其速度不一定相同 解析:該題考查簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中位移和速度的變化規(guī)律。振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí),某時(shí)刻位移的方向與速度的方向可能相同,也可能相反,A、C項(xiàng)不正確。當(dāng)振子通過(guò)同一位置時(shí),速度的方向不一定相同,D項(xiàng)正確。經(jīng)過(guò)平衡位置速度最大,B項(xiàng)不正確。 答案:D,類(lèi)型一,類(lèi)型二,類(lèi)型三,題后反思位移和速度都是矢量,矢量相同,必須是大小和方向都相同。,類(lèi)型一,類(lèi)型二,類(lèi)型三,簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象 【例3】 一質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象如圖所示,則下列說(shuō)法中正確的是 () A.t1時(shí)刻振子正通過(guò)平衡位置向正方向

11、運(yùn)動(dòng) B.t2時(shí)刻振子的位移最大 C.t3時(shí)刻振子正通過(guò)平衡位置向正方向運(yùn)動(dòng) D.該圖象是從平衡位置開(kāi)始計(jì)時(shí)畫(huà)出的 點(diǎn)撥:熟練掌握如何根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象判斷質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向是處理問(wèn)題的關(guān)鍵。,類(lèi)型一,類(lèi)型二,類(lèi)型三,解析:從圖象可以看出,t=0時(shí)刻,振子在正方向的最大位移處,因此是從正方向最大位移處開(kāi)始計(jì)時(shí)畫(huà)出的圖象,D項(xiàng)錯(cuò)誤;t1時(shí)刻以后振子的位移為負(fù),因此是通過(guò)平衡位置向負(fù)方向運(yùn)動(dòng),A項(xiàng)錯(cuò)誤;t2時(shí)刻振子在負(fù)方向的最大位移處,因此可以說(shuō)是在最大位移處,B項(xiàng)正確;t3時(shí)刻以后,振子的位移為正,所以該時(shí)刻正通過(guò)平衡位置向正方向運(yùn)動(dòng),C項(xiàng)正確。 答案:BC 題后反思質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的情況要和振動(dòng)圖象結(jié)合起來(lái),利用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象分析認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程更直觀(guān)、方便。,