高二物理課件人教選修三 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)1

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歡迎進(jìn)入物理課堂 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 用單擺測(cè)定重力加速度 實(shí)驗(yàn) 共振條件 振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力頻率 單擺 彈簧振子 能量轉(zhuǎn)化 振動(dòng)圖像 運(yùn)動(dòng)分析 受力特點(diǎn) 描述振動(dòng)的物理量 兩個(gè)條件 一 知識(shí)結(jié)構(gòu) 一 定義 物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng) 機(jī)械振動(dòng) 一 定義 二 兩個(gè)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(yùn)動(dòng) 機(jī)械振動(dòng) 振動(dòng)物體停止振動(dòng)時(shí)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(dòng)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(dòng)物體停止振動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí) 豎直吊掛的彈簧振子在豎直平面內(nèi)振動(dòng)時(shí) 單擺做圓弧運(yùn)動(dòng) Hz 振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù) 3 頻率f 振動(dòng)快慢 s 指完成一次全振動(dòng)所用的時(shí)間 2 周期T 振動(dòng)強(qiáng)弱 m 振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的最大位移 1 振幅A 描述振動(dòng)的物理量 練習(xí) 1 一次全振動(dòng)的過程 就是振動(dòng)物體A 從任意位置出發(fā) 又回到這個(gè)位置B 從一側(cè)最大偏移位置運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)受力特點(diǎn) 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(duì)平衡位置的位移 它總是以平衡位置為始點(diǎn) 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(gè)位置之間的距離 振動(dòng)物體的位移 OB段的位移方向 答 始終向左 P點(diǎn)的位移 答 O P 練習(xí) 2 彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 振子的位移達(dá)到振幅的一半時(shí) 回復(fù)力的大小跟振子達(dá)到最大位移時(shí)回復(fù)力大小之比是 加速度的大小跟振子達(dá)到最大位移時(shí)之比為 1 2 1 2 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)分析 特點(diǎn) 具有往復(fù)性 對(duì)稱性 周期性 例1 分析圖中的彈簧振子在一次全振動(dòng)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(yùn)動(dòng)分析 運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)情況分別是下列說法的哪一個(gè) 在由C到O的過程中 由O到B的過程中 A 勻加速運(yùn)動(dòng)B 加速度不斷減小的加速運(yùn)動(dòng)C 加速度不斷增大的加速運(yùn)動(dòng)D 加速度不斷減小的減速運(yùn)動(dòng)E 加速度不斷增大的減速運(yùn)動(dòng) B E 拓展 例2 例2 一彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 周期為T 下列敘述正確的是 A 若t時(shí)刻和 t t 時(shí)刻振子運(yùn)動(dòng)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(shí)刻和 t t 時(shí)刻振子運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)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(shí)刻和 t t 時(shí)刻振子運(yùn)動(dòng)的加速度一定相同 D 若 t T 2 則在t時(shí)刻和 t t 時(shí)刻彈簧的長(zhǎng)度一定相等 C 動(dòng)畫 分析 對(duì)稱性 A 若t時(shí)刻和 t t 時(shí)刻振子運(yùn)動(dòng)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(shí)刻和 t t 時(shí)刻振子運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)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(shí)刻和 t t 時(shí)刻振子運(yùn)動(dòng)的加速度一定相同 t1 t5 D 若 t T 2 則在t時(shí)刻和 t t 時(shí)刻彈簧的長(zhǎng)度一定相等 t1 t3 拓展 拓展 一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置O點(diǎn)附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 若從O點(diǎn)開始計(jì)時(shí) 經(jīng)過3s質(zhì)點(diǎn)第一次經(jīng)過M點(diǎn) 若再繼續(xù)運(yùn)動(dòng) 又經(jīng)過2s它第二次經(jīng)過M點(diǎn) 則質(zhì)點(diǎn)第三次經(jīng)過M點(diǎn)所需要的時(shí)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 它們之間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng) 振動(dòng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 振動(dòng)過程中 A B間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng) 設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k 當(dāng)物體離開平衡位置為x時(shí) A B間的摩擦力大小等于 A 0B kC D D 拓展 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是機(jī)械振動(dòng)中最簡(jiǎn)單 最基本的一種周期性運(yùn)動(dòng) 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(dòng)圖像分析做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)各物理量的變化規(guī)律是本章的重點(diǎn)和難點(diǎn) 利用能量觀點(diǎn)分析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)化情況在實(shí)際中有廣泛的應(yīng)用 小結(jié) 謝謝 同學(xué)們?cè)僖?振動(dòng)圖像 定義 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的 位移 時(shí)間 圖像稱為振動(dòng)圖像 反映振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律 是一條 曲線 意義 正弦或余弦 判斷 振動(dòng)圖像是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡 答 例如 彈簧振子的運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的速度相同B 從t1到t2這段時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)速度方向和加速度方向相同C 從t2到t3這段時(shí)間內(nèi)速度變小 而加速度變大D t1和t3時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的加速度方向相同 D 13 一個(gè)質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像如圖所示下列說法正確的是 A 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率為4HzB 在10s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)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(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移大小相等 BD 19 一個(gè)質(zhì)量為m 0 1kg的振子 拴在一個(gè)勁度系數(shù)為k 10N m的輕彈簧上 做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像如圖所示 則振子的振幅A cm 頻率f Hz 振動(dòng)的最大正向加速度amax m s2 出現(xiàn)在t s時(shí)刻 振動(dòng)的最大反向速度出現(xiàn)在t s時(shí)刻 5 0 2 0 3 5 2 5 1 單擺模型 將一根輕且不可伸長(zhǎng)的細(xì)線一端固定于懸點(diǎn) 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(dāng)偏角很小時(shí) 故偏角很小時(shí) 單擺的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧振動(dòng) 3 單擺的周期 當(dāng)單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí) 其固有周期只與擺長(zhǎng)和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣扔嘘P(guān) 而與擺球的質(zhì)量無(wú)關(guān) 與振幅無(wú)關(guān) 擺長(zhǎng)L是懸點(diǎn)到球心的距離 只適用于懸點(diǎn)靜止 且擺球在豎直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng) 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(duì)于懸點(diǎn)靜止在平衡位置時(shí)擺線的拉力T 即等效重力 c 計(jì)算等效重力加速度練習(xí) 四 實(shí)驗(yàn) 用單擺測(cè)重力加速度1 原理 2 器材 長(zhǎng)約1m的細(xì)線 較重的帶孔小球 帶有鐵夾的鐵架臺(tái) 游標(biāo)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(zhǎng) 用有標(biāo)卡尺測(cè)擺球的直徑d 計(jì)算擺長(zhǎng)c 測(cè)出單擺做30 50次全振動(dòng)的時(shí)間 計(jì)算單擺周期 d 根據(jù)周期公式 計(jì)算重力加速度e 變更擺長(zhǎng) 重做幾次 計(jì)算出每次的重力加速度 并求幾次實(shí)驗(yàn)的平均值 注意事項(xiàng) 細(xì)線 彈性要小 擺球 密度 質(zhì)量較大 擺線 懸點(diǎn)要固定 擺角 小于10 擺長(zhǎng) 懸線長(zhǎng) 小球半徑 計(jì)時(shí) 擺球過平衡位置開始計(jì)時(shí) 數(shù)零同時(shí)按下秒表 測(cè)完成30 50次全振動(dòng)的時(shí)間 五 受迫振動(dòng) 共振物體在周期性外力作用下的振動(dòng)叫做受迫振動(dòng) 物體做受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率 而跟固有頻率無(wú)關(guān) 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率相等時(shí) 受迫振動(dòng)的振幅最大 即發(fā)生共振現(xiàn)象 六 振動(dòng)的能量振動(dòng)系統(tǒng)的能量與振動(dòng)的振幅有關(guān) 如果沒有摩擦力和空氣阻力 在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過程中就只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化 振動(dòng)的機(jī)械能守恒 實(shí)際的振動(dòng)總是要受到摩擦和阻力 因此在振動(dòng)過程中需要不斷克服外界阻力做功而消耗能量 振幅會(huì)逐漸減小 最終停下來(lái) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是機(jī)械振動(dòng)中最簡(jiǎn)單 最基本的一種周期性運(yùn)動(dòng) 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(dòng)圖像分析做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)各物理量的變化規(guī)律是本章的重點(diǎn)和難點(diǎn) 利用能量觀點(diǎn)分析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)化情況在實(shí)際中有廣泛的應(yīng)用 小結(jié) 振動(dòng)圖像 定義 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的 位移 時(shí)間 圖像稱為振動(dòng)圖像 反映振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律 是一條 曲線 意義 正弦或余弦 判斷 振動(dòng)圖像是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡 答 例如 彈簧振子的運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shì)能越大 機(jī)械能守恒 勢(shì)能 動(dòng)能 方向 下一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)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(shí)間軸上對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度f(wàn) 周期T 頻率f 最大位移的大小 振幅A 直接讀出 任一時(shí)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(dòng)能 勢(shì)能 速率 速度 動(dòng)量 練習(xí) 6 關(guān)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 下列說法錯(cuò)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(shí)與位移方向相同 有時(shí)與位移方向相反D 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)屬于勻變速運(yùn)動(dòng) D 運(yùn)動(dòng)過程中 各物理量的變化情況 描述振動(dòng)的物理量 運(yùn)動(dòng)分析 描述振動(dòng)的物理量 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全