《简谐运动》课件人教版

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/1/12,#,Copyright 2014 Simon PPT.All Rights Reserved.,机械振动,高中物理选修,选修,3-4,第十一章,Copyright 2014 Simon PPT.,机械振动：,是指物体或质点在其平衡位置附近所作,有规律,的,往复运动。,高中阶段主要学习最简单的机械振动,简谐运动,机械振动：是指物体或质点在其平衡位置附近所作有规律高中阶段主,简谐振动基本特征,简谐振动图像,受迫振动与共振,课后习题,内容组成,简谐振动基本特征简谐振动图像受迫振动与共振课后习题内容组成,本节研究简谐振动常见的物理模型：,单摆：,弹簧振子：,水平振动,竖直振动,01,本节研究简谐振动常见的物理模型：单摆：弹簧振子：水平振动,02,简谐运动的基本特征,1,简谐运动的规律：,质点的位移与时间的关系,遵从,的,规律，,即,它的振动图象,(,x,-,t,图象,),是,一,条,2,平衡位置,：,物体,在振动过程中,为零,的,位置,【平衡位置为回复力为零的位置，而非一定是合外力为零的位置】,正弦函数,正弦曲线,回复力,补充说明：,02简谐运动的基本特征1简谐运动的规律：质点的位移与时间的,(1),定义：,使物体返回到,的力,.,【可以是某个力或合外力,】,03,(2),方向：,总是指向,【合外力并不一定为零】,(3),来源：,属于,力，可以是某一个力，也可以是几个力的合,力,或某个力的分力,3,回复力,平衡位置,平衡位置,效果,(1)定义：使物体返回到,04,4,描述简谐运动的物理量,物理量,定义,意义,位移,由,指向质点,的,有向线段,描述质点振动中某时刻的位置相对于,的,位移。,无论从何时开始计时，一个周期内位移为,4A,，半个周期内位移为,2A,。,振幅,振动物体离开,平衡位置,的,_,描述振动的,和,能量,平衡位置,所在位置,最大距离,强弱,平衡位置,044描述简谐运动的物理量物理量定义意义位移由,05,物理量,定义,意义,周期,振动物体完成一次,所需的,时间,描述振动的,，,两者互,为倒数,：,T,频率,振动物体,内,完成全振动的次数,相位,t,描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态,全振动,单位时间,快慢,4,描述简谐运动的物理量,05物理量定义意义周期振动物体完成一次,(,1),动力学特征,：,F,kx,，,“,”,表示回复力的方向与位移,方向,相,反,，,k,是比例系数，,不一定是弹簧的劲度系数,(2),运动学特征：,简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移,成,正,比,，而方向相反，为变加速运动，远离平衡位置,时,，,x,、,F,、,a,、,E,p,均增大，,v,、,E,k,均减小，靠近,平衡,位置,时,则相反,(,3,),周期性,特征：,相隔,T,或,nT,的两个时刻振子,处于同一位置,且,振动,状,态,相同,06,5.,简谐运动的,“,五大,”,特征,(1)动力学特征：Fkx，“”表示回复力的方向与位移方,07,(4),对称性特征：,相隔,或,整周期,T,的,两个时刻，振子位置关于平衡位置,对称,，,位移,、速度、加速度大小相等，方向相反,如图所示，振子经过关于平衡位置,O,对称的两点,P,、,P,(,OP,OP,）,时,，速度的大小、动能、势能相等，相对于平衡位置的,位移,大,小,相等,振子由,P,到,O,所,用时间等于由,O,到,P,所,用时间，即,t,PO,t,OP,.,振子往复过程中通过同一段路程,(,如,OP,段,),所用时间相等,，,t,OP,t,PO,.,5.,简谐运动的,“,五大,”,特征,07(4)对称性特征：5.简谐运动的“五大”特征,08,(,5),能量特征：,振动的能量包括动能,E,k,和势能,E,p,，简谐运动过程中,，,系,统,动能与势能相互转化，系统的机械能守恒,5.,简谐运动的,“,五大,”,特征,08(5)能量特征：振动的能量包括动能Ek和势能Ep，简谐运,题组突破训练,09,1,简谐运动的特点,如图所示，弹簧振子在,BC,间振动，,O,为平衡位置，,BO,OC,5 cm.,若振子从,B,到,C,的运动时间是,1 s,，则下列说法中正确的是,(,),A,振子从,B,经,O,到,C,完成,一次全振动,B,振动周期是,2 s,，振幅是,5 cm,C,经过两次全振动，振子通过的路程是,20 cm,D,从,B,开始经过,3 s,，振子通过的路程是,30 cm,E,振子从,B,到,O,的,时间与从,O,到,C,的,时间相等,BDE,题组突破训练091简谐运动的特点如图所示，弹簧,10,2,简谐运动对称性的应用,一个质点在平衡位置,O,点附近做机械振动若从,O,点开始计时，经过,3 s,质点第一次经过,M,点,(,如图所示,),；再继续运动，又经过,2 s,它第二次经过,M,点，则该质点第三次经过,M,点还需要的时间是,_s.,题组突破训练,102简谐运动对称性的应用 题组突破训练,11,3,简谐运动的能量问题,如,图，一轻弹簧一端固定，另一端连接一物块构成弹簧振子，该物块是由,a,、,b,两个小物块粘在一起组成的物块在光滑水平面上左右振动，振幅为,A,0,，周期为,T,0,.,当物块向右通过平衡位置时，,a,、,b,之间的粘胶脱开；以后小物块,a,振动的振幅和周期分别为,A,和,T,，则,A,_,A,0,，,T,_,T,0,.(,均选填,“”“”,或,“,”),题组突破训练,113简谐运动的能量问题 题组突破训练,12,题组突破训练,4.,单摆周期公式的应用,如,图所示，在水平地面上有一段光滑圆弧形槽，弧的半径是,R,，所对圆心角小于,10,，现在圆弧的右侧边缘,M,处放一个小球,A,，使其由静止下滑，则：,(1),小球由,M,至,O,的,过程中所需时间,t,为多少？,(2),若在,MN,圆弧,上存在两点,P,、,Q,，且,P,、,Q,关于,O,对称,，,且已,测,得,小球,A,由,P,到达,Q,所,需时间为,t,，则小球由,Q,至,N,的,最,短,时,间,为,多少？,12 题组突破训练4.单摆周期公式的应用,1,3,分析简谐运动各物理量变化的方法,求解,简谐运动问题的有效方法就是紧紧抓住一个模型,水平方向振动的弹簧振子，熟练掌握振子的振动过程以及振子振动过程中各物理量的变化规律，遇到简谐运动问题，头脑中立即呈现出一幅弹簧振子振动的图景，再把问题一一对应、分析求解,.,【,方法技巧,】,13分析简谐运动各物理量变化的方法【方法技巧】,【,简谐运动的规律和图像,】,14,1,简谐运动的表达式,x,A,sin(,t,),：,其中,A,代表,，,2,f,表示,简谐运动,的,快,慢，,t,代表简谐运动的相位，,叫作初相,.,振幅,【简谐运动的规律和图像】141简谐运动的表达式振幅,2.,简谐运动的图像,15,图象,横轴,表示,振动,_,纵轴,表示某时刻质点,的,_,物理意义,表示振动质点的位移,随,_,的,变化规律,【,简谐运动的规律和图像,】,时间,位移,时间,2.简谐运动的图像15图象横轴表示振动_,16,3.,图象信息,(1),由图象可以看出质点振动的振幅、,(2),可以确定某时刻质点离开平衡位置的,(3),可以确定某时刻质点的回复力、,和,速度的方向,回复力和加速度的方向：因回复力总是指向,，故,回,复力,和,加速度,的方向在图象上总是指向,t,轴,；,速度的方向：速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来,判定,，,若,下一时刻位移增加，速度方向就是远离,t,轴,；若下一,时刻,位移,减小,，速度方向就是指向,t,轴,【,简谐运动的规律和图像,】,周期,位移,加速度,平衡位置,163.图象信息【简谐运动的规律和图像】周期 位移 加速度,课堂训练,17,1,简谐运动公式的理解,一,弹簧振子的位移,y,随时,间,t,变化的关系式为,y,0.1sin 2.5,t,，位移,y,的,单位为,m,，时间,t,的,单位为,s.,则,(,),A,弹簧振子的振幅为,0.1 m,B,弹簧振子的周期为,1.25 s,C,在,t,0.2 s,时，振子的运动速度为零,D,在任意,0.2 s,时间内，振子的位移均为,0.1 m,E,在任意,0.4 s,时间内，振子通过的路程均为,0.2 m,课堂训练171简谐运动公式的理解,2.,振动图象的理解,如,图所示，弹簧振子在,M,、,N,之间做简谐运动以平衡位置,O,为原点，建立,Ox,轴，向右为,x,轴正方向若振子位于,N,点时开始计时，则其振动图象为,(,),A,18,课堂训练,2.振动图象的理解A18课堂训练,受迫振动和共振,19,1,受迫振动,：,系统,在,作用,下的振动做受迫振动的物体,，,它,做,受迫振动的周期,(,或频率,),等于,的,周期,(,或,频率,),而,与物体的固有周期,(,或频率,),关,驱动力,：周期性的外力,2,共振,：,(,1),共振现象：做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大，当二者,时,，振幅达到最大，这就是共振现象,【共振：一种特殊的受迫振动】,驱动力,驱动力,无,相等,受迫振动和共振191受迫振动：系统在,20,共振曲线：,如图所示，横坐标为驱动力频率,f,，纵坐标为振幅,A,.,直观,地反映了驱动力频率对某振动系统,受迫振动,振幅,的,影响，由图可知，,f,与,f,0,越,接近，振幅,A,；,当,f,f,0,时，振幅,A,受迫振动中系统能量的转化：,受迫振动系统机械能不守恒,，,系统,与,外界时刻进行能量交换,（,2,）共振的理解,受迫振动和共振,越大,最大,20共振曲线：如图所示，横坐标为驱动力频率f，纵坐标为振幅,21,自由振动,受迫振动,共振,受力情况,仅受回复力,受驱动力作用,受驱动力作用,振动周期,或频率,由,性质,决定，,即,固有周期,T,0,或固有,频率,f,0,由,的周期或频率决定,，即,T,T,驱,或,f,f,驱,T,驱,T,0,或,f,驱,f,0,系统本身,驱动力,3.,自由振动、受迫振动和共振关系的比较,21自由振动受迫振动共振受力情况仅受回复力受驱动力作用受驱,3.,自由振动、受迫振动和共振关系的比较,22,自由振动,受迫振动,共振,振动能量,振动物体,的机械能,_,由产生,驱动力,的,物体提供,振动物体,获得的能量,_,常见例子,弹簧振子,或单摆,(0,5),机械工作,时底座,发生,的振动,共振筛、声音,的共鸣,等,不变,最大,3.自由振动、受迫振动和共振关系的比较22自由振动受,课堂训练,23,1,受迫振动,(,2017,江西重点中学联考,),如图所示，曲轴上挂一个弹簧振子，转动摇把，曲轴可带动弹簧振子上下振动开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为,2 Hz.,现匀速转动摇把，转速为,240 r/min,，则,(,),A,当振子稳定振动时，它的振动周期是,0.5 s,B,当振子稳定振动时，它的振动频率是,4 Hz,C,当转速增大时，弹簧振子的振幅增大,D,当转速减小时，弹簧振子的振幅增大,E,振幅增大的过程中，外界对弹簧振子做正功,BDE,课堂训练 231受迫振动(2017江西重点中学联考,课堂训练,24,2.,共振现象,如图所示，,A,球振动后，通过水平细绳迫使,B,、,C,振动，振动达到稳定时，下列说法中正确的是,(,),A,只有,A,、,C,的,振动周期相等,B,C,的,振幅比,B,的,振幅小,C,C,的,振幅比,B,的,振幅大,D,A,、,B,、,C,的,振动周期相等,E,若先让,B,球振动，稳定后,A,、,B,、,C,三,者的周期相等,CDE,课堂训练242.共振现象如图所示，A球振动后，通,课后作业,校本教材课后习题,学,案整理,预习下一节课内容,课后作业校本教材课后习题,谢谢同学们的合作！,谢谢同学们的合作！,迹。,A,、选用黑暗、无空气的环境：排除环境中光线和