高二物理課件人教選修三 簡諧運動1

歡迎進入物理課堂 簡諧運動 用單擺測定重力加速度 實驗 共振條件 振動頻率等于驅(qū)動力頻率 單擺 彈簧振子 能量轉(zhuǎn)化 振動圖像 運動分析 受力特點 描述振動的物理量 兩個條件 一 知識結(jié)構(gòu) 一 定義 物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運動 機械振動 一 定義 二 兩個條件 1 受到回復(fù)力的作用 2 受到的阻力足夠小 物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運動 機械振動 振動物體停止振動時所處的位置 即回復(fù)力等于零的位置 平衡位置 回復(fù)力 使振動物體返回平衡位置 總是指向平衡位置 回復(fù)力是根據(jù) 命名的 效果 振動物體停止振動時所處的位置 即回復(fù)力等于零的位置 平衡位置 作用 方向 彈簧的彈力 重力與彈力的合力 回復(fù)力 重力沿圓弧方向的切向分力 水平放置的彈簧振子在光滑水平面上振動時 豎直吊掛的彈簧振子在豎直平面內(nèi)振動時 單擺做圓弧運動 Hz 振動質(zhì)點在單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù) 3 頻率f 振動快慢 s 指完成一次全振動所用的時間 2 周期T 振動強弱 m 振動質(zhì)點離開平衡位置的最大位移 1 振幅A 描述振動的物理量 練習(xí) 1 一次全振動的過程 就是振動物體A 從任意位置出發(fā) 又回到這個位置B 從一側(cè)最大偏移位置運動到另一側(cè)最大偏移位置C 從某一位置出發(fā) 又以同一運動方向回到此位置D 經(jīng)歷的路程不一定是振幅的四倍 C 簡諧運動受力特點 回復(fù)力的大小與位移成正比 方向與位移方向相反 即回復(fù)力始終指向平衡位置 回復(fù)力 加速度 是相對平衡位置的位移 它總是以平衡位置為始點 方向由平衡位置指向物體所在位置 位移的大小等于這兩個位置之間的距離 振動物體的位移 OB段的位移方向 答 始終向左 P點的位移 答 O P 練習(xí) 2 彈簧振子做簡諧運動 振子的位移達到振幅的一半時 回復(fù)力的大小跟振子達到最大位移時回復(fù)力大小之比是 加速度的大小跟振子達到最大位移時之比為 1 2 1 2 簡諧運動分析 特點 具有往復(fù)性 對稱性 周期性 例1 分析圖中的彈簧振子在一次全振動過程中的位移 回復(fù)力 加速度 速度如何變化 并填入下面的表中 然后指出振子的速度 加速度 回復(fù)力最大和為零的位置 運動分析 運動的方向 指向平衡位置 指向平衡位置 背離平衡位置 max 0 0 max 0 max max 0 max 0 max 0 0 max max 0 max 0 0 max 0 max 0 max max 0 0 max max max 0 max max 0 0 0 振子的運動情況分別是下列說法的哪一個 在由C到O的過程中 由O到B的過程中 A 勻加速運動B 加速度不斷減小的加速運動C 加速度不斷增大的加速運動D 加速度不斷減小的減速運動E 加速度不斷增大的減速運動 B E 拓展 例2 例2 一彈簧振子做簡諧運動 周期為T 下列敘述正確的是 A 若t時刻和 t t 時刻振子運動的位移大小相等 方向相同 則 t一定等于T的整數(shù)倍 B 若t時刻和 t t 時刻振子運動的運動速度大小相等 方向相反 則 t一定等于T 2的整數(shù)倍 C 若 t T 則在t時刻和 t t 時刻振子運動的加速度一定相同 D 若 t T 2 則在t時刻和 t t 時刻彈簧的長度一定相等 C 動畫 分析 對稱性 A 若t時刻和 t t 時刻振子運動的位移大小相等 方向相同 則 t一定等于T的整數(shù)倍 t1 t5 t6 t2 B 若t時刻和 t t 時刻振子運動的運動速度大小相等 方向相反 則 t一定等于T 2的整數(shù)倍 t1 t3 t6 t2 C 若 t T 則在t時刻和 t t 時刻振子運動的加速度一定相同 t1 t5 D 若 t T 2 則在t時刻和 t t 時刻彈簧的長度一定相等 t1 t3 拓展 拓展 一個質(zhì)點在平衡位置O點附近做簡諧運動 若從O點開始計時 經(jīng)過3s質(zhì)點第一次經(jīng)過M點 若再繼續(xù)運動 又經(jīng)過2s它第二次經(jīng)過M點 則質(zhì)點第三次經(jīng)過M點所需要的時間是 8s 4s 14s 10 3 sA B C D D 分析 例3 3s 2s t 1s 1s 向右 O M 向左 M O 3s 1s 1s 2s t 例3 如圖 輕彈簧的勁度系數(shù)k 39 2N m 物體A的質(zhì)量mA 0 1kg 物體B的質(zhì)量mB 0 2kg 兩物塊間接觸水平 最大靜摩擦力F 1 96N 為使兩物體在光滑水平面上一起做簡諧運動 它們之間不發(fā)生相對滑動 振動的最大振幅應(yīng)為多大 分析 已知 k 39 2N m mA 0 1kg mB 0 2kg F 1 96N 問A A的最大加速度 A B一起做簡諧運動的最大加速度 最大回復(fù)力 最大振幅 aA F mA 19 6m s2 a aA 19 6m s2 F mA mB a 5 88N A F k 0 15m 例3分析 拓展 如圖 質(zhì)量為m的物體A放置在質(zhì)量為M的物體B上 B與彈簧相連 它們一起在光滑水平面上做簡諧運動 振動過程中 A B間無相對運動 設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k 當物體離開平衡位置為x時 A B間的摩擦力大小等于 A 0B kC D D 拓展 簡諧運動是機械振動中最簡單 最基本的一種周期性運動 正確理解位移 回復(fù)力 振幅 周期 頻率等基本概念是學(xué)習(xí)本章的基礎(chǔ) 應(yīng)用振動圖像分析做簡諧運動的質(zhì)點各物理量的變化規(guī)律是本章的重點和難點 利用能量觀點分析簡諧運動的能量轉(zhuǎn)化情況在實際中有廣泛的應(yīng)用 小結(jié) 謝謝 同學(xué)們再見 振動圖像 定義 簡諧運動的 位移 時間 圖像稱為振動圖像 反映振動質(zhì)點的位移隨時間變化的規(guī)律 是一條 曲線 意義 正弦或余弦 判斷 振動圖像是振動質(zhì)點的運動軌跡 答 例如 彈簧振子的運動時的軌跡是一段直線 而不是正弦曲線 演示 5 如圖所示 下列說法正確的是A t1和t3時刻質(zhì)點的速度相同B 從t1到t2這段時間內(nèi)質(zhì)點速度方向和加速度方向相同C 從t2到t3這段時間內(nèi)速度變小 而加速度變大D t1和t3時刻質(zhì)點的加速度方向相同 D 13 一個質(zhì)點做簡諧運動的圖像如圖所示下列說法正確的是 A 質(zhì)點的振動頻率為4HzB 在10s內(nèi)質(zhì)點經(jīng)過的路程是20cmC 在t 5s末 加速度為正向最大D 在t 1 5s和t 4 5s的兩時刻質(zhì)點的位移大小相等 BD 19 一個質(zhì)量為m 0 1kg的振子 拴在一個勁度系數(shù)為k 10N m的輕彈簧上 做簡諧運動的圖像如圖所示 則振子的振幅A cm 頻率f Hz 振動的最大正向加速度amax m s2 出現(xiàn)在t s時刻 振動的最大反向速度出現(xiàn)在t s時刻 5 0 2 0 3 5 2 5 1 單擺模型 將一根輕且不可伸長的細線一端固定于懸點 另一端系一質(zhì)量大而體積小的鋼球 2 回復(fù)力 使單擺回到平衡位置的回復(fù)力是重力沿圓弧方向的切向分力G1 當偏角很小時 故偏角很小時 單擺的振動是簡諧振動 3 單擺的周期 當單擺做簡諧運動時 其固有周期只與擺長和當?shù)氐闹亓铀俣扔嘘P(guān) 而與擺球的質(zhì)量無關(guān) 與振幅無關(guān) 擺長L是懸點到球心的距離 只適用于懸點靜止 且擺球在豎直平面內(nèi)運動 求等效重力加速度的基本步驟 a 確定擺球的平衡位置 b 求出擺球相對于懸點靜止在平衡位置時擺線的拉力T 即等效重力 c 計算等效重力加速度練習(xí) 四 實驗 用單擺測重力加速度1 原理 2 器材 長約1m的細線 較重的帶孔小球 帶有鐵夾的鐵架臺 游標卡尺 毫米刻度尺 秒表 3 步驟 a 做成單擺b 用米尺量懸線長 用有標卡尺測擺球的直徑d 計算擺長c 測出單擺做30 50次全振動的時間 計算單擺周期 d 根據(jù)周期公式 計算重力加速度e 變更擺長 重做幾次 計算出每次的重力加速度 并求幾次實驗的平均值 注意事項 細線 彈性要小 擺球 密度 質(zhì)量較大 擺線 懸點要固定 擺角 小于10 擺長 懸線長 小球半徑 計時 擺球過平衡位置開始計時 數(shù)零同時按下秒表 測完成30 50次全振動的時間 五 受迫振動 共振物體在周期性外力作用下的振動叫做受迫振動 物體做受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率 而跟固有頻率無關(guān) 當驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率相等時 受迫振動的振幅最大 即發(fā)生共振現(xiàn)象 六 振動的能量振動系統(tǒng)的能量與振動的振幅有關(guān) 如果沒有摩擦力和空氣阻力 在簡諧運動過程中就只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化 振動的機械能守恒 實際的振動總是要受到摩擦和阻力 因此在振動過程中需要不斷克服外界阻力做功而消耗能量 振幅會逐漸減小 最終停下來 簡諧運動是機械振動中最簡單 最基本的一種周期性運動 正確理解位移 回復(fù)力 振幅 周期 頻率等基本概念是學(xué)習(xí)本章的基礎(chǔ) 應(yīng)用振動圖像分析做簡諧運動的質(zhì)點各物理量的變化規(guī)律是本章的重點和難點 利用能量觀點分析簡諧運動的能量轉(zhuǎn)化情況在實際中有廣泛的應(yīng)用 小結(jié) 振動圖像 定義 簡諧運動的 位移 時間 圖像稱為振動圖像 反映振動質(zhì)點的位移隨時間變化的規(guī)律 是一條 曲線 意義 正弦或余弦 判斷 振動圖像是振動質(zhì)點的運動軌跡 答 例如 彈簧振子的運動時的軌跡是一段直線 而不是正弦曲線 演示 物理量分析 位移越大 勢能越大 機械能守恒 勢能 動能 方向 下一時刻質(zhì)點的位置大小 位移越小 速度越大 速度 回復(fù)力F 加速度a T 完整正弦圖形在時間軸上對應(yīng)的長度f 周期T 頻率f 最大位移的大小 振幅A 直接讀出 任一時刻的位移x 判斷方法 物理量 練習(xí) k 2N cm m 10kg 振子連續(xù)兩次通過P位置 下列各量哪些是相同的 位移 回復(fù)力 加速度 動能 勢能 速率 速度 動量 練習(xí) 6 關(guān)于簡諧運動 下列說法錯誤的是A 回復(fù)力的方向總是跟位移的方向相反B 加速度的方向總是跟位移的方向相反C 速度方向有時與位移方向相同 有時與位移方向相反D 簡諧運動屬于勻變速運動 D 運動過程中 各物理量的變化情況 描述振動的物理量 運動分析 描述振動的物理量 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全