【精品课件】高中物理111简谐运动课件新人教版选修34

课前自主导学当堂双基达标课堂互动探究课后知能检测教学教法分析教学方案设计●课标要求1．知道什么是弹簧振子，理解振动的平衡位置和位移．2．知道弹簧振子的位移——时间图象，理解简谐运动及其图象．3．通过简谐运动图象的绘制，认识简谐运动的特点．1简谐运动4．通过对简谐运动图象的绘制，培养认真，严谨，实事求是的科学态度．5．从图象中了解简谐运动的规律，培养分析问题的能力及审美能力(客观存在的简洁美、对称美等)●课标解读1．了解弹簧振子的结构，知道什么是弹簧振子．2．理解振动的平衡位置，知道振子位移的概念．3．理解简谐运动的含义，能从简谐运动的图象中了解简谐运动的规律．●教学地位1．简谐运动是最简单、最基本、最有规律的机械振动，通过学习，使学生了解到机械振动的基本特点，又体会到振动这种运动形式较直线运动、曲线运动都要复杂．2．本节是机械振动的基础，也是以后学好机械波的基础．●新课导入建议在自然界中有一种常见的运动，如微风中树枝的颤动，心脏的跳动，钟摆的摆动，水中浮标的上、下浮动，担物行走时扁担的颤动，声带的振动，地震时大地的剧烈振动……，这些运动有什么特点和规律呢？这就是这节课我们要探讨的问题．●教学流程设计课标解读重点难点1.知道机械振动是物体机械运动的另一种形式，知道机械振动的概念.2.知道什么是弹簧振子，明确弹簧振子是理想化的物理模型.3.理解物体做简谐运动的条件，掌握简谐运动的共同特征.4.明确简谐运动图象的物理意义及表示方法.1.知道弹簧振子模型的建立过程．(重点)2.理解简谐运动的位移－时间图象．(重点)3.掌握简谐运动中位移、速度、加速度的变化规律．(难点)4.绘制振动图象，理解简谐运动的振动特征．(难点)1.基本知识(1)平衡位置：振子原来

时的位置．(2)机械振动振子在

附近所做的

运动，简称

．静止平衡位置往复振动(3)振子模型如图11­1­1所示，如果球与杆之间的摩擦可以______，且弹簧的质量与小球的质量相比也可以

，则该装置为弹簧振子．忽略忽略(4)振动特点：振动是一种往复运动，具有

和

．(5)弹簧振子的位移—时间图象建立坐标系：以小球的

为坐标原点，沿着

方向建立坐标轴．小球在平衡位置

时它对平衡位置的位移为正，在

时为负．周期性往复性平衡位置它的振动右边左边2．思考判断(1)弹簧振子是一种理想化的模型．(√)(2)弹簧振子的平衡位置都在原长处．(×)(3)振动的物体可以做直线运动，也可以做曲线运动．(√)3．探究交流有同学说，既然弹簧振子的振动图象是一条正弦曲线，那么振子的运动轨迹也应是正弦曲线，结合水平方向的弹簧振子想一下，这种说法对吗？为什么？【提示】

不对，因为振动图象不是运动轨迹．例如，水平方向的弹簧振子振动时，振子的运动轨迹是一条直线.1.基本知识(1)定义如果质点的位移与时间的关系遵从

函数的规律，即它的振动图象(x－t图象)是一条

曲线，这样的振动叫做简谐运动．正弦正弦(2)特点简谐运动是最简单、最基本的

，其振动过程关于

对称，是一种

运动．弹簧振子的运动就是

．振动平衡位置往复简谐运动(3)简谐运动的图象①简谐运动的图象是振动物体的

的变化规律．②简谐运动的图象是

曲线，从图象上可直接看出不同时刻振动质点的位移大小和方向、速度大小和方向的变化趋势．位移随时间正弦(或余弦)2．思考判断(1)医院里的心电图记录了心脏的振动情况．(√)(2)振子的位移相同时，速度也相同．(×)(3)简谐运动的图象都是正弦或余弦曲线．(√)3．探究交流振子的位移与运动学中的位移意义相同吗？【提示】

简谐运动中的位移和前面运动学中的位移有不同之处，运动学中物体的位移参考点为出发点，简谐运动中质点的位移参考点为平衡位置．可巧记为“平衡位置就是家，位移总是相对它”．【问题导思】1．用手协调地拍皮球，使球上、下往复跳动的时间相等，皮球的往复运动是简谐运动吗？2．弹簧振子的运动是简谐运动吗？3．做简谐运动的物体，位移相同，加速度是不是一定相同？1．对弹簧振子的理解(1)弹簧振子是一种理想模型，如果小球所受的阻力可以忽略，且弹簧的质量与小球的质量相比也可忽略，振动范围不超过弹性限度，则该装置可视为弹簧振子．(2)弹簧振子不一定在水平面内运动．2．简谐运动的特点(1)简谐运动的位移位移的表示方法：以平衡位置为坐标原点，以振动所在的直线为坐标轴，规定正方向，则某时刻振子偏离平衡位置的位移可用该时刻振子所在位置的坐标来表示．(2)简谐运动的速度①物理含义：速度是描述振子在平衡位置附近振动快慢的物理量．在所建立的坐标轴(也称“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．②特点：如图11­1­2所示为一简谐运动的模型，振子在O点速度最大，在A、B两点速度为零．(4)简谐运动的对称性如图11­1­3所示，物体在A、B间做简谐运动，O点为平衡位置，C、D两点关于O点对称，则有：②速度对称物体连续两次经过同一点(如D点)的速度大小相等，方向相反．物体经过关于O点对称的两点(如C点和D点)的速度大小相等，方向可能相同，也可能相反．③加速度对称物体经过关于O点对称的两点(如C点和D点)时，加速度总是大小相等，方向相反，与物体运动的方向无关．

(2014·海口检测)一弹簧振子做简谐运动，以下说法正确的是(

)A．若位移为负值，则速度一定为正值，加速度也一定为正值B．振子每次经过平衡位置时，加速度相同，速度也一定相同C．振子每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但加速度一定相同D．振子在平衡位置两侧对称的位置上，其速度、位移都反向【解析】

加速度的方向与位移方向相反，位移方向为负时，加速度方向一定为正，但速度方向为物体运动方向，与位移方向无关，可正可负，A错．振子每次经过平衡位置时，加速度为零且速度大小相等，但方向不一定相同，B错．每次通过同一位置时，位移相同，故加速度相同，速度大小相同，但方向不一定相同，C对．同理在平衡位置两侧对称的位置上，位移方向相反，速度方向可能相同，也可能相反，D错，故选C.【答案】

C1．在机械振动中，位移是相对平衡位置而言的，规定平衡位置为位移的起始点．2．要注意结合运动学的知识分析简谐运动，矢量相同不仅仅是大小相等，方向也应该相同．1．(多选)在图11­1­4中，当振子由A向O运动时，下列说法中正确的是(

)图11­1­4A．振子的位移在减小B．振子的运动方向向左C．振子的位移方向向左D．振子的位移在增大【解析】

对简谐运动而言，其位移总是相对平衡位置O而言，所以C、D错误；由于振子在O点右侧由A向O运动，所以振子的位移方向向右，位移大小不断减小．故A、B选项正确．【答案】

AB【问题导思】1．振动图象都是正弦或余弦曲线吗？2．能否根据振动图象的斜率判断速度的变化？3．如何根据振动图象分析位移、速度、加速度的变化？1．振动图象是振子的位移随时间的变化规律，根据振动图象：(1)可直接读出振子在某一时刻相对于平衡位置的位移大小．(2)从振动图象上可直接读出正(负)位移的最大值．(3)可判断某一时刻振动物体的速度方向和加速度方向，以及它们的大小和变化趋势．2．应用振动图象时，首先要注意理解好图象与振动物体的实际振动过程的对应关系：(1)简谐运动的图象不是振动质点的轨迹．做简谐运动的质点的轨迹是质点(如弹簧振子)往复运动的那一段线段．这种往复运动的位移图象，就是以x轴上纵坐标的数值表示质点相对平衡位置的位移，以t轴横坐标数值表示各个时刻，这样在x­t坐标系内，可以找到各个时刻对应质点位移坐标的点，即位移随时间分布的情况——振动图象．(2)对同一振动物体，图象的形状与起始时刻的选取和正方向的规定有关．利用图象解题，首先要深刻理解图象的意义并能做到见图象而知实际振动过程，同时也能由实际振动过程回归图象．(多选)将某弹簧振子从平衡位置拉开4cm后放开，同时开始计时，弹簧振子的振动图象如图11­1­5所示，则在t＝0.15s时(

)A．振子正在做加速度减小的加速运动B．振子正在做加速度增大的减速运动C．振子速度方向沿x轴正方向D．振子的位移一定大于2cm【审题指导】

(1)振动图象中位移越大加速度越大，但速度越小．(2)在平衡位置时加速度为零，速度最大．在偏离平衡位置时，振子运动的方向与位移方向相同．【解析】

振子在t＝0.15s时，正在向负的最大位移处运动，加速度正在增大，速度正在减小，速度方向沿x轴负方向，选项A、C错误，B正确；因为振子在0.1～0.2s内做减速运动，所以振子在0.1～0.15s内运动的速度大于在0.15～0.2s内运动的速度，故在t＝0.15s时振子的位移一定大于2cm，选项D正确．【答案】

BD利用振动图象解题方法1．图象上的一个点表示振动中的一个状态(位置、振动方向等)，图象上的一段对应振动的一个过程．2．判断好平衡位置，最大位移和振动方向是解题的关键．【答案】

D【备选例题】(教师用书独具)如图教11­1­1，是用频闪照相的方法获得的弹簧振子的位移－时间图象，下列有关该图象的说法正确的是(

)A．该图象的坐标原点建立在振子的平衡位置B．从图象可以看出振子在振动过程中是沿t轴方向移动的C．为了显示振子在不同时刻偏离平衡位置的位移，让底片沿垂直x轴方向匀速运动D．图象中振子的疏密显示出相同时间内振子位置变化的快慢不同【审题指导】

由图可直观地获得以下信息：(1)O时刻振子的位置．(2)振子的振动方向．(3)底片的运动方向(t轴负方向)．(4)振子速度的变化情况等．【解析】

由图象可知，O时刻振子位移为0，故位于平衡位置，选项A正确；振子只在x轴上振动，选项B错误，C正确；图象中两相邻振子之间的时间间隔相同，疏处说明其位置变化快，密处说明其位置变化慢，故选项D正确．【答案】

ACD

如图11­1­7所示为获取弹簧振子的位移－时间图象的一种方法，小球的运动轨迹是往复运动的一段线段，而简谐运动的图象是正弦(或余弦)曲线．下列说法正确的是(

)综合解题方略——简谐运动图象的获取方法A．如果纸带不动，作出的振动图象仍然是正弦函数曲线B．如果纸带不动，作出的振动图象是一段线段C．图示时刻，振子正经过平衡位置向右运动D．若纸带运动的速度不恒定，则纸带上描出的仍然是简谐运动的图象【规范解答】

当纸带不动时，描出的只是振子在平衡位置两侧往复运动的轨迹，即一段线段，选项A错误，B正确；由振动图象可以看出，图示时刻振子正由平衡位置向右运动，选项C正确；只有当纸带匀速运动时，运动时间才与纸带运动的位移成正比，振动图象才是正弦或余弦函数曲线，而简谐运动的图象一定是正弦或余弦函数曲线，故选项D错误．【答案】

BC1．简谐运动的位移－时间图象反映的是质点偏离平衡位置的位移随时间变化的规律，简谐运动的图象并不是质点的运动轨迹，运动轨迹的长度也不是正弦或余弦图线拉开后的长度．2．改变纸带运动的速度，可以改变简谐运动的图象，但并不能改变质点运动的轨迹．3．在x－t图象上，质点在某时刻的位移，即为此时刻对应的纵坐标．4．质点在某段时间内的路程(轨迹的长度)，需结合振动质点的实际运动轨迹进行计算．1．(多选)下列运动中属于机械振动的是(

)A．树枝在风的作用下运动B．竖直向上抛出的物体的运动C．说话时声带的运动D．爆炸声引起窗扇的运动【解析】

物体在平衡位置附近所做的往复运动属于机械振动，故A、C、D正确；竖直向上抛出的物体到最高点后返回落地，不具有运动的往复