高中物理 第11章 第1節(jié) 簡諧運(yùn)動課件 新人教版選修3-4.ppt

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成才之路 物理 路漫漫其修遠(yuǎn)兮吾將上下而求索 人教版 選修3 4 機(jī)械振動 第十一章 第一節(jié)簡諧運(yùn)動 第十一章 振動現(xiàn)象在自然界中廣泛存在 鐘擺的擺動 水中浮標(biāo)的上下浮動 擔(dān)物體行走時扁擔(dān)下物體的顫動 樹梢在微風(fēng)中的搖擺等都是振動 振動與我們的生活密切相關(guān) 那么我們應(yīng)怎樣研究振動呢 1 機(jī)械振動 1 定義 物體 或物體的一部分 在某一 位置附近的往復(fù)運(yùn)動 叫機(jī)械振動 簡稱振動 2 特征 第一 有一個 中心位置 即 位置 也是振動物體靜止時的位置 第二 運(yùn)動具有 機(jī)械振動與彈簧振子 中心 平衡 往復(fù)性 2 彈簧振子 1 彈簧振子 彈簧振子是指 和 所組成的系統(tǒng) 是一種 模型 2 振子模型 有水平彈簧振子和豎直彈簧振子 如圖所示 圖甲中球與桿之間的摩擦可以 且彈簧的質(zhì)量與小球的質(zhì)量相比可以 小球 彈簧 理想化 忽略 忽略 1 建立坐標(biāo)系以小球的 為坐標(biāo)原點(diǎn) 沿著 方向建立坐標(biāo)軸 小球在平衡位置 時它對平衡位置的位移為正 在 時為負(fù) 以水平彈簧振子為例 2 位移 時間圖象橫坐標(biāo)表示振子振動的 縱坐標(biāo)表示振子相對 的位移 3 物理意義反映了振子的 隨 的變化規(guī)律 彈簧振子的位移 時間圖象 平衡位置 它的振動 右邊 左邊 時間 平衡位置 位移 時間 1 簡諧運(yùn)動 1 定義 如果質(zhì)點(diǎn)的位移與時間的關(guān)系遵從 函數(shù)的規(guī)律 即它的振動圖象 x t圖象 是一條 曲線 這樣的振動叫做簡諧運(yùn)動 2 特點(diǎn) 簡諧運(yùn)動是最 最 的振動 簡諧運(yùn)動的位移隨時間按正弦規(guī)律變化 所以它不是 運(yùn)動 是變力作用下的 運(yùn)動 簡諧運(yùn)動及其圖象 正弦 正弦 基本 簡單 勻變速 變加速 2 簡諧運(yùn)動的圖象 1 形狀 正 余 弦曲線 如圖所示 2 物理意義 表示振動的質(zhì)點(diǎn)在不同時刻偏離 的位移 是位移隨時間的變化規(guī)律 3 獲取信息 從圖象上可直接看出不同時刻振動質(zhì)點(diǎn)的 大小和方向 平衡位置 位移 一 實(shí)際物體看作理想振子的條件1 彈簧的質(zhì)量比小球的質(zhì)量小得多 可以認(rèn)為質(zhì)量集中于振子 小球 2 構(gòu)成彈簧振子的小球體積足夠小 可以認(rèn)為小球是一個質(zhì)點(diǎn) 3 忽略彈簧以及小球與水平桿之間的摩擦力 4 小球從平衡位置被拉開的位移在彈性限度內(nèi) 二 對簡諧運(yùn)動的位移 速度和加速度的理解1 簡諧運(yùn)動的位移位移的表示方法 以平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn) 以振動所在的直線為坐標(biāo)軸 規(guī)定正方向 則某時刻振子偏離平衡位置的位移可用該時刻振子所在位置的坐標(biāo)來表示 2 簡諧運(yùn)動的速度 1 物理含義 速度是描述振子在平衡位置附近振動快慢的物理量 在所建立的坐標(biāo)軸 也稱 一維坐標(biāo)系 上 速度的正負(fù)號表示振子運(yùn)動方向與坐標(biāo)軸的正方向相同或相反 2 特點(diǎn) 如圖所示為一簡諧運(yùn)動的模型 振子在A B之間振動 則振子在O點(diǎn)速度最大 在A B兩點(diǎn)速度為零 3 簡諧運(yùn)動的加速度 1 產(chǎn)生 水平彈簧振子的加速度是由彈簧彈力產(chǎn)生的 2 方向特點(diǎn) 總是指向平衡位置 3 大小變化規(guī)律 遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動 振子的加速度增大 向平衡位置運(yùn)動 振子的加速度減小 平衡位置振子的加速度為零 最大位移處振子的加速度最大 青州一中2014 2015學(xué)年高二下學(xué)期檢測 如圖所示 一彈簧振子在一條直線上做簡諧運(yùn)動 第一次先后經(jīng)過M N兩點(diǎn)時速度v v 0 相同 那么 下列說法正確的是 A 振子在M N兩點(diǎn)所受彈簧彈力相同B 振子在M N兩點(diǎn)相對平衡位置的位移相同C 振子在M N兩點(diǎn)加速度大小相等D 從M點(diǎn)到N點(diǎn) 振子先做勻加速運(yùn)動 后做勻減速運(yùn)動答案 C 解析 因位移 速度 加速度和彈力都是矢量 它們要相同必須大小相等 方向相同 M N兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對稱 振子所受彈力應(yīng)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選項(xiàng)錯誤 振子在M N兩點(diǎn)的加速度雖然方向相反 但大小相等 故C選項(xiàng)正確 振子由M O速度越來越大 但加速度越來越小 振子做加速運(yùn)動 但不是勻加速運(yùn)動 振子由O N速度越來越小 但加速度越來越大 振子做減速運(yùn)動 但不是勻減速運(yùn)動 故D選項(xiàng)錯誤 由以上分析可知 正確答案為C 三 簡諧運(yùn)動圖象的應(yīng)用1 對圖象的理解圖象反映的是做簡諧運(yùn)動質(zhì)點(diǎn)的位移隨時間的變化規(guī)律 是一條正弦曲線 它不是質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡 簡諧運(yùn)動的圖象和運(yùn)動軌跡是完全不同的兩個概念 圖象是曲線 軌跡可能是直線 也可能是曲線 2 從圖象可獲取的信息 1 任意時刻質(zhì)點(diǎn)的位移的大小和方向 如下圖所示 質(zhì)點(diǎn)在t1 t2時刻的位移分別為x1和 x2 2 任意時刻質(zhì)點(diǎn)的振動方向 看下一時刻質(zhì)點(diǎn)的位置 如下圖中a點(diǎn) 下一時刻離平衡位置更遠(yuǎn) 故a此刻向上振動 3 任意時刻質(zhì)點(diǎn)的速度 加速度 位移的變化情況及大小比較 看下一時刻質(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 則速度越來越小 加速度 位移越來越大 若靠近平衡位置 則速度越來越大 加速度 位移越來越小 如圖中b 從正位移向著平衡位置運(yùn)動 則速度為負(fù)且增大 位移 加速度正在減小 c從負(fù)位移遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動 則速度為負(fù)且減小 位移 加速度正在增大 河北邢臺外國語學(xué)校2014 2015學(xué)年高二下學(xué)期檢測 如圖所示 下列說法正確的是 A 振動圖象上的A B兩點(diǎn)振動物體的速度相同B 在t 0 1s和t 0 3s時 質(zhì)點(diǎn)的加速度大小相等 方向相反C 振動圖象上A B兩點(diǎn)的位移大小相等 方向相反D 質(zhì)點(diǎn)在t 0 2s和t 0 3s時的動能相等答案 B解析 由圖看出A B兩點(diǎn)振動物體的速度大小相等 方向相反 A B兩點(diǎn)的位移大小相等方向相同 故A C選項(xiàng)錯誤 在t 0 1s和t 0 3s時 加速度等大 反向 故B正確 質(zhì)點(diǎn)在t 0 2s在平衡位置 動能最大 t 0 3s時在最大位移處 動能最小 故D錯誤 關(guān)于簡諧運(yùn)動 下列說法正確的是 A 簡諧運(yùn)動一定是水平方向的運(yùn)動B 所有的振動都可以看做是簡諧運(yùn)動C 物體做簡諧運(yùn)動時一定可以得到正弦曲線形的軌跡線D 只要振動圖象是正弦曲線 物體一定做簡諧運(yùn)動 對簡諧運(yùn)動的理解 解析 物體的簡諧運(yùn)動并不一定只在水平方向發(fā)生 各個方向都有可能發(fā)生 A錯 簡諧運(yùn)動是最簡單的振動 B錯 做簡諧運(yùn)動的軌跡線并不是正弦曲線 C錯 物體振動的圖象是正弦曲線 一定是做簡諧運(yùn)動 D對 答案 D 濟(jì)寧市2014 2015學(xué)年高二下學(xué)期檢測 如圖所示 一彈性小球被水平拋出 在兩個互相豎直平行的平面間運(yùn)動 小球落在地面之前的運(yùn)動 A 是機(jī)械振動 但不是簡諧運(yùn)動B 是簡諧運(yùn)動 但不是機(jī)械振動C 是簡諧運(yùn)動 同時也是機(jī)械振動D 不是簡諧運(yùn)動 也不是機(jī)械振動答案 D 解析 機(jī)械振動具有往復(fù)的特性 可以重復(fù)地進(jìn)行 小球在運(yùn)動過程中 沒有重復(fù)運(yùn)動的路徑 因此不是機(jī)械振動 當(dāng)然也肯定不是簡諧運(yùn)動 質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動的x t關(guān)系如圖甲所示 以x軸正向?yàn)樗俣葀的正方向 該質(zhì)點(diǎn)的v t關(guān)系是 對簡諧運(yùn)動圖象的理解 答案 B 北京市東城東2013 2014學(xué)年高二下學(xué)期期末 如圖甲所示 彈簧振子以點(diǎn)O為平衡位置 在A B兩點(diǎn)之間做簡諧運(yùn)動 取向右為正方向 振子的位移x隨時間t的變化如圖乙所示 下列說法正確的是 A t 0 4s時 振子的速度方向向右B t 0 8s時 振子在O點(diǎn)和B點(diǎn)之間C t 0 6s和t 1 2s時刻 振子的速度完全相同D t 1 5s到t 1 8s的時間內(nèi) 振子的加速度逐漸減小答案 D解析 t 0 4s時 振子的速度向左 A錯誤 t 0 8s時 振子在OA之間 B錯 t 0 6s和t 1 2s時刻振子的速度方向相反 C錯 t 1 5s到t 1 8s時間內(nèi)振子從B運(yùn)動到O 加速度逐漸減小 D正確 研究一個物體的振動是否為簡諧運(yùn)動 可以通過作出的振動圖象來判斷 如圖所示 在彈簧振子的小球上安置一記錄用的毛筆P 在下面放一白紙帶 當(dāng)小球振動時沿垂直于振動方向勻速拉動紙帶 毛筆P就在紙帶上畫出一條振動曲線 此曲線有什么特征 為什么 探究 應(yīng)用 解析 通過實(shí)驗(yàn)可以看出紙帶留下的是一條正弦 或余弦 曲線 這是因?yàn)閺椈烧褡拥倪\(yùn)動是簡諧運(yùn)動 用紙帶的運(yùn)動距離表示時間 因?yàn)榫嚯xx vt 所以拉動紙帶時 就可表示不同時刻振子離開平衡位置的距離 因而可以說毛筆所畫下的痕跡就是彈簧振子的振動圖象 所以曲線是一條正弦 或余弦 曲線 點(diǎn)評 簡諧運(yùn)動圖象并不是新內(nèi)容 本質(zhì)上就是位移 時間圖象 在必修一中所學(xué)的位移 時間圖象知識都可以用 某臺心電圖儀的出紙速度 紙帶移動的速度 為2 5cm s 醫(yī)院進(jìn)行體檢時記錄下某人的心電圖如圖所示 已知圖紙上每小格邊長為5mm 設(shè)在每分鐘內(nèi)人的心臟搏動次數(shù)為人的心率 則此人的心率約為多少 保留兩位有效數(shù)字 答案 心率為75次每分鐘