高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册2 简谐运动的描述获奖ppt课件

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简谐运动的描述
第2章 第2节
人教版高中物理选择性必修1
板书设计
作业布置
拓展提高
课堂总结
思考与讨论1：振动，作为运动的又一典型代表，与前面所学的运动模型相比有很大的不同，它又是用什么样的物理量来进行描述的呢？
取向右偏离平衡位置的位移为正方向，则可得振动图像为：
新知导入
观察：两个振子的运动位移有何不同？
新知导入
3）、振幅是描述振动强弱的物理量，常用字母A表示。
1）、定义：振动物体离开平衡位置的最大距离，叫做振动的振幅，国际单位是m。
2）、振幅的大小，直接反映了振子振动能量(E=EK+EP)的高低。
1、振幅
静止位置
：即平衡位置
4）、振子振动范围的大小，就是振幅的两倍，2A
一、描述简谐运动的物理量
新知讲解
思考与讨论2：振幅和位移的区别是什么？
对于一个给定的振动：
1、振子的位移是偏离平衡位置的距离，故时刻在变化；但振幅是不变的。
2、位移是矢量，振幅是标量，它等于最大位移的数值。
新知讲解
思考讨论3：振子的运动最显著的特点是什么？
往复性-重复性-周期性
新知讲解
振子在AA'之间振动，O为平衡位置。如果从A点开始运动，经O点运动到A'点，再经过O点回到A点，就说它完成了一次全振动，此后振子只是重复这种运动。
（1）从O→A→O→A'→O也是一次全振动
2、全振动
（2）从B→A→O→A'→O→B也是一次全振动
新知讲解
在一次全振动过程中，一定是振子连续两次以相同速度通过同一点所经历的过程。（强调方向性）
一次全振动：振动物体从某一初始状态开始，再次回到初始状态（即位移、速度均与初态完全相同）所经历的过程。
一次全振动的特点：振动路程为振幅的4倍
思考讨论4：从振子的位移、速度、加速度等方面思考一个完整的全振动过程，有什么显著的特点？
新知讲解
（2）频率f:单位时间内完成全振动次数
3、周期和频率
（3）周期越小，频率越大，运动越快。
（1）周期T:做简谐运动的物体完成一次全振动所用的时间
新知讲解
思考讨论5：如图所示，为一个竖直方向振动的弹簧振子，O为静止时的位置，当把振子拉到下方的B位置后，从静止释放，振子将在BC之间做简谐运动，给你一个秒表，怎样测出振子的振动周期T？
为了减小测量误差，采用累积法测振子的振动周期T，即用秒表测出发生ｎ次全振动所用的总时间t，可得周期为
T=t/n
新知讲解
弹簧振子的周期由振动系统本身的质量和劲度系数决定，而与振幅无关，所以常把周期和频率叫做固有周期和固有频率。
新知讲解
思考讨论6：若从振子向右经过某点P起，经过半个周期以后振子运动到什么位置？
半个周期后振子到了P′点
半个周期内的路程是多少呢？
2A
新知讲解
思考讨论7：弹簧振子在四分之一周期内的路程是A吗？
有可能是A，有可能大于A，有可能小于A.
【小结】弹簧振子在一个周期内的路程一定是4A，半个周期内路程一定是2A，四分之一周期内的路程不一定是A。
新知讲解
1.同时释放，运动步调一致。
2.先后释放，运动步调不一致。
3.为了描述振动物体所处的状态和比较两振动物体的振动步调，引入相位这个物理量
二、简谐运动的表达式
新知讲解
相位：描述周期性运动在某个时刻的状态。表示物体振动的步调。
例如：两个用长度相同的悬线悬挂的小球，把它们拉起同样的角度同时放开，我们说它们的相位相同，如果两小球不同时释放，则后释放的小球相位落后于前一个的相位。
新知讲解
简谐运动的位移-时间关系振动图象：正弦曲线 振动方程：
新知讲解
振幅
圆频率
相位
初相位
新知讲解
2、甲和乙两个简谐运动的相差为 ，意味着什么?
意味着乙总是比甲滞后1/4个周期或1/4次全振动
1、一个物体运动时其相位变化多少就意味着完成了一次全振动?
相位每增加2π就意味着发生了一次全振动
思考与讨论
新知讲解
(1)同相：相位差为零，一般地为=2n (n=0,1,2,……)。振动步调完全相同。(2)反相：相位差为 ，一般地为=(2n+1)(n=0,1,2,……)。振动步调完全相反。
(2- 1)叫相位差(两个具有相同频率的简谐运动的初相之差)。对频率相同的两个简谐运动有确定的相位差。
新知讲解
1、物体A做简谐运动的振动位移， ，物体B做简谐运动的振动位移， 。比较A、B的运动 (　　)A．振幅是矢量，A的振幅是6 m，B的振幅是10 mB．周期是标量，A、B周期相等为100 sC．A振动的频率fA等于B振动的频率fBD．A的相位始终超前B的相位π/3
课堂练习
【答案】C、D
课堂练习
例题：如图，弹簧振子的平衡位置为0点，在B、C两点之间做简谐运动。B、C相距20 cm。小球经过B点时开始计时，经过0.5s首次到达C点。(1)画出小球在第一个周期内的x-t图像。(2)求5s内小球通过的路程及5s末小球的位移。
新知讲解
解：(1)以O点作为坐标原点，沿OB建立坐标轴，如图2.2-5。 以小球从B点开始运动的时刻作为计时起点，用正弦函数来表示小球的位移-时间关系，则函数的初相位为π/2.由于小球从最右端的B点运动到最左端的C点所用时间为0.5 s,所以振动的周期T= 1.0s;由于B点和C点之间的距离为0.2m,所以，振动的振幅4=0.1 m。根据 ,可得小球的位移-时间关系为
据此，可以画出小球在第一个周期内的位移一时间图像，如图所示。(2)由于振动的周期T= 1 s,所以在时间t=5s内，小球-共做了n=5次全振动。小球在一次全振动中通过的路程为4A= 0.4 m,所以小球运动的路程为s= 5x0.4m=2m;经过5次全振动后，小球正好回到B点，所以小球的位移为0.1 m。
新知讲解
1、如图所示,弹簧振子以O为平衡位置在B、C间振动,则(　　)A.从B→O→C为一次全振动B.从O→B→O→C为一次全振动C.从C→O→B→O→C为一次全振动D.从D→C→O→B→O为一次全振动
答案：C　解析：从全振动中路程与振幅间的固定关系上解决本题。A项对应的路程是振幅的2倍,B项所述路程为振幅的3倍,C项所述路程为振幅的4倍,D项对应的路程大于3倍振幅而小于4倍振幅。
拓展提高
2、(多选)一做简谐运动的物体的振动图像如图所示,下列说法正确的是(　　)A.振动周期是2×10-2 sB.第2个10-2 s内物体的位移变化量是-10 cmC.物体的振动频率为25 HzD.物体的振幅是10 cm
解析：周期是完成一次全振动所用的时间,所以周期是4×10-2 s,故选项A错误;又f= ,所以f=25 Hz,则选项C正确;振动物体离开平衡位置的最大距离表示振幅,所以振幅A=10 cm,则选项D正确;第2个10-2 s内的初位置是10 cm,末位置是0,位移变化量x=x2-x1=-10 cm,选项B正确。
答案：BCD
拓展提高
3、一物体沿x轴做简谐运动,振幅为8 cm,频率为0.5 Hz,在t=0时位移是4 cm,且向x轴负向运动,试写出用正弦函数表示的振动方程。
拓展提高
简谐运动的描述
描述简谐运动的物理量
简谐运动的表达式
周期（T）
振幅（A）
频率（f）
相位、相位差
课堂总结
简谐运动的描述
描述简谐运动的物理量
简谐运动的表达式
周期（T）
振幅（A）
频率（f）
相位、相位差
板书设计
课后练习和同步练习
作业布置
课程结束
人教版高中物理选择性必修1