《2018物理人教浙江专选修3-4课件:第十一章机械振动 1》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2018物理人教浙江专选修3-4课件:第十一章机械振动 1(43页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、第十一章,1 简谐运动,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,一、弹簧振子,如图1所示的装置,把小球向右拉开一段距离后释放,可以观察到小球左右运动了一段时间,最终停止运动. (1)小球的运动具有什么特点?为什么小球最终停止运动?,答案小球的运动具有往复性.小球因为受到摩擦力的作用最终停止运动.,答案,图1,(2)在横杆上涂上一层润滑油,重复刚才的实验,观察到的结果与第一次实验有何不同?,答案小球往复运动的次数增多,运动时间变长.,答案,(3)猜想:如果小球受到的阻力忽略不计,弹簧的质量比小球的质量小得多,也忽略不计,实验结果如何?,答案小球将持续地做往复运动.,对机械振动和弹簧振子
2、的理解 1.平衡位置:小球原来 时的位置.平衡位置 (填“一定”或“不一定”)是中心位置(如图2),物体经过平衡位置时 (填“一定”或“不一定”)处于平衡状态(如图3).,图2 图3,静止,不一定,不一定,2.机械振动:小球在 附近的往复运动,是一种机械振动,简称振动.机械振动具有往复性和 性的特点. 3.弹簧振子:小球和弹簧构成的系统.弹簧的质量忽略不计,小球运动_ (填“受”或“不受”)阻力,是一种 模型. 4.实际物体看做弹簧振子的条件: (1)不计摩擦阻力和空气阻力. (2)不计弹簧的质量. (3)小球可视为质点. (4)弹簧的形变在弹性限度内.,平衡位置,周期,理想化,不,受,判断下
3、列说法的正误. (1)有人思考问题时在房间内来回走动是机械振动.( ) (2)平衡位置就是物体振动范围的中心位置.( ) (3)弹簧振子和质点一样是一种理想化的模型.( ) (4)物体的往复运动都是机械振动.( ),二、弹簧振子的位移时间图象,甲、乙两同学合作模拟弹簧振子的xt图象: 如图4所示,取一张白纸,在正中间画一条直线OO,将白纸平铺在桌面上,甲同学用手使铅笔尖从O点沿垂直于OO方向振动画线,乙同学沿OO方向水平向右匀速拖动白纸. (1)白纸不动时,甲同学画出的轨迹是怎样的?,答案,图4,答案是一条垂直于OO的直线.,(2)乙同学匀速向右慢慢匀速拖动白纸时,甲同学画出的轨迹又是怎样的?
4、,答案轨迹如图所示,类似于正弦曲线.,(3)分析白纸慢慢拖动时画出的曲线,沿OO与垂直OO方向分别建立坐标轴,说说两坐标轴可表示什么物理量?图线上点的坐标表示什么物理意义?,答案垂直OO方向的轴为位置坐标轴x(如果以O为出发点,也可以说是位移坐标轴),沿OO方向的轴为时间轴t.图线上点的坐标表示某时刻铅笔尖的位移(以O为出发点)或位置.,答案,xt图象的理解 (1)xt图象:用横坐标表示振子运动的时间t,纵坐标表示振子在振动过程中离开平衡位置的位移x,描绘出的图象就是 随 变化的图象,即xt图象.如图5所示. (2)振子的位移:由 位置指向振子所在位置, 在xt图象中,某时刻振子位置在t轴上方
5、,表示 位移为 (如图中t1、t4时刻),位置在t轴下方表 示位移为 (如图中t2时刻).,图5,位移,时间,正,平衡,负,(3)图象的物理意义:反映了振子位移随时间变化的规律,它 (填“是”或“不是”)振子的运动轨迹.,不是,判断下列说法的正误. (1)课本上弹簧振子的频闪照片是小球的运动轨迹.( ) (2)弹簧振子的xt图象中,x表示小球在某时刻的位置坐标.( ) (3)拍摄弹簧振子的频闪照片时,底片只要移动就可以,不一定非要匀速移动.( ) (4)弹簧振子的位移是从平衡位置指向振子所在位置的有向线段.( ),三、简谐运动及其图象,如图6所示,在弹簧振子的小球上固定安置一记录用的铅笔P,在
6、下面放一条白纸带, 振子振动时,匀速拖动白纸,铅笔可在纸上留下痕迹. (1)上述曲线怎样建立坐标系?它描述了什么物理意义?,答案沿白纸的运动方向为时间轴,垂直于白纸运动方向为位移轴.描述了弹簧振子相对平衡位置的位移随时间的变化规律.,答案,图6,(2)用什么方法判断上述图象是怎样的曲线?,答案一种方法是用图上坐标点代入正弦函数表达式中进行检验,另一种是用图上多个点的坐标值输入计算机做出这条曲线,看看这条曲线可以用什么函数表示.,答案,对简谐运动及其图象的理解 1.简谐运动:质点的位移与时间的关系遵从 的规律,即它的振动图象(xt图象)是一条 曲线. 2.图象的应用 (1)从简谐运动图象可直接读
7、出不同时 刻t的 值.如图7甲所示,质点在t1、 t2时刻的位移分别为x1和x2.,甲 乙 图7,正弦函数,正弦,位移,(2)任意时刻质点的振动方向:看下一时刻质点的位置,如图乙中a点,下一时刻离平衡位置远,故a点此刻向x方向运动.,(3)速度的大小根据图线的切线的斜率判断.在平衡位置,图线的切线斜率最大,质点速度 ;在最大位移处,图线的切线斜率为零,质点速度为 .在从平衡位置向最大位移处运动的过程中,速度 ;在从最大位移处向平衡位置运动的过程中,速度 .,乙,最大,0,减小,增大,判断下列说法的正误. (1)图象表示质点振动的轨迹是正弦或余弦曲线.( ) (2)图象表示质点相对平衡位置的位移
8、随时间变化的规律.( ) (3)由图象可判断任一时刻质点的速度方向.( ) (4)由图象可以确定任一段时间内质点的位移.( ) (5)由图象可知质点在平衡位置处速度最大.( ),题型探究,1.当振子从平衡位置向最大位移处移动时,位移在增大,速度在减小;当振子向平衡位置移动时,位移在减小,速度在增大.平衡位置处位移为零,速度最大;最大位移处速度为零. 2.从合力的变化分析加速度的变化 水平弹簧振子所受弹簧的弹力是振子受到的合力,竖直弹簧振子所受的重力与弹力之和是振子受到的合力.不管是水平弹簧振子还是竖直弹簧振子,在平衡位置所受的合力为零,加速度为零,而在最大位移处所受的合力最大,加速度最大.,一
9、、弹簧振子的振动分析,例1 (多选)一弹簧振子做简谐运动,下列说法中正确的是 A.若位移为负值,则加速度一定为正值 B.振子通过平衡位置时,速度为零,位移最大 C.振子每次经过平衡位置时,位移相同,速度也一定相同 D.振子每次通过同一位置时,其速度不一定相同,但位移一定相同,答案,解析,图8,解析振子受的力指向平衡位置,振子的位移为负时,振子的加速度为正值,故A正确. 当振子通过平衡位置时,位移为零,速度最大,故B错. 当振子每次通过平衡位置时,速度大小相同,方向不一定相同,但位移相同,故C错. 当振子每次通过同一位置时,位移相同,速度大小一样,但方向可能相同,也可能不同,D正确.,1.弹簧振
10、子的位移:指相对平衡位置的位移,由平衡位置指向振子所在的位置. 2.弹簧振子速度大小:振子向平衡位置运动,速度逐渐增大;振子远离平衡位置运动,速度逐渐减小. 3.水平弹簧振子的加速度由弹簧的弹力产生,其方向总是指向平衡位置.当振子向平衡位置运动时,加速度逐渐减小,当振子远离平衡位置运动时,加速度逐渐增大.,针对训练1(多选)弹簧振子在光滑水平面上做简谐运动,在振子向平衡位置运动的过程中 A.振子所受的弹力逐渐增大 B.振子的位移逐渐增大 C.振子的速度逐渐增大 D.振子的加速度逐渐减小,答案,解析,解析振子的位移是由平衡位置指向振子所在位置的有向线段,因而向平衡位置运动时位移逐渐减小;而弹力与
11、位移成正比,故弹簧弹力减小;由牛顿第二定律知,加速度也减小;振子向着平衡位置运动时,弹力与速度方向一致,故振子的速度逐渐增大.,二、对简谐运动图象的理解,1.振动图象上的x坐标表示相对于平衡位置的位移,也表示振子的位置坐标. 2.从振动图象分析位移、运动方向和速度的变化 (1)相对平衡位置的位移可以直接从图象上读出. (2)从图象上可直接看出振子是向平衡位置运动还是远离平衡位置运动. (3)图象上某点的斜率的大小表示速度大小,斜率的正负表示运动的方向.,例2 如图9所示为一弹簧振子的振动图象,规定向右的方向为正方向,试根据图象分析以下问题: (1)如图10所示,振子振动的起始位置是_,从起始位
12、置开始,振子向_(填“右”或“左”)运动.,答案,解析,右,图9图10,E,解析由xt图象知,在t0时,振子在平衡位置,故起始位置为E;从t0时,振子向正的最大位移处运动,即向右运动.,(2)在图10中,找出图9中的O、A、B、C、D各点对应振动过程中的哪个位置?即O对应_,A对应_,B对应_,C对应_,D对应_.,E G E F,答案,解析,图9图10,E,解析由xt图象知:O点、B点、D点对应振动过程中的E点,A点在正的最大位移处,对应G点;C点在负的最大位移处,对应F点.,(3)在t2 s时,振子的速度方向与t0时振子的速度的方向_.,答案,解析,相反,解析 t2 s时,图线斜率为负,即
13、速度方向为负方向;t0时,图线斜率为正,即速度方向为正方向,故两时刻速度方向相反.,(4)振子在前4 s内的位移等于_.,0,解析 4 s末振子回到平衡位置,故振子在前4 s内的位移为零.,1.简谐运动的图象不是振动质点的运动轨迹. 2.分析图象问题时,要把图象与物体的振动过程联系起来. (1)图象上的一个点表示振动中的一个状态. (2)图象上的一段图线对应振动的一个过程.,针对训练2(多选)如图11甲所示,一弹簧振子在A、B间振动,取向右为正方向,振子经过O点时开始计时,其振动的xt图象如图乙所示.则下列说法中正确的是 A.t2时刻振子在A点 B.t2时刻振子在B点 C.在t1t2时间内,振
14、子的位移在增大 D.在t3t4时间内,振子的位移在减小,图11,答案,解析,解析振子在A点和B点时的位移最大,由于取向右为正方向,所以振子在A点有正向最大位移,在B点有负向最大位移,则t2时刻振子在A点,t4时刻振子在B点,故选项A正确,B错误; 振子的位移是以平衡位置为参考点的,所以在t1t2和t3t4时间内振子的位移都在增大,故选项C正确,D错误.,达标检测,1.(多选)(2016杭州高二检测)下列运动中属于机械振动的是 A.小鸟飞走后树枝的运动 B.爆炸声引起窗子上玻璃的运动 C.匀速圆周运动 D.竖直向上抛出物体的运动,1,2,3,4,答案,解析,解析物体所做的往复运动是机械振动,A、
15、B正确; 圆周运动和竖直向上抛出物体的运动不是振动,C、D错误.,2.如图12所示,一弹簧振子在一条直线上做简谐运动,第一次先后经过M、N两点时速度v(v0)相同,那么,下列说法正确的是 A.振子在M、N两点所受回复力相同 B.振子在M、N两点对平衡位置的位移相同 C.振子在M、N两点加速度大小相等 D.从M点到N点,振子先做匀加速运动,后做匀减速运动,答案,解析,1,2,3,4,图12,解析因位移、速度、加速度和回复力都是矢量,它们要相同必须满足大小相等、方向相同.M、N两点关于O点对称,振子回复力位移和加速度应大小相等、方向相反,故A、B选项错误,C选项正确. 振子由MO速度越来越大,但加
16、速度越来越小,振子做加速运动,但不是匀加速运动.振子由ON速度越来越小,但加速度越来越大,振子做减速运动,但不是匀减速运动,故D选项错误.,1,2,3,4,3.(多选)如图13所示是质点做简谐运动的图象,由此可知 A.t0时,质点的位移、速度均为零 B.t1 s时,质点的位移最大,速度为零 C.t2 s时,质点的位移为零,速度负向最大 D.t4 s时,质点停止运动,答案,解析,1,2,3,4,图13,解析t0时,质点位于平衡位置处,其位移为零,但速度不为零,A错; t1 s时,质点位于最大位移处,速度为零,B正确; t2 s时,质点位于平衡位置处,位移为零,速度最大且沿负方向,C正确; t4 s时,质点速度不为零,速度最大,质点没有停止运动,D错误.,1,2,3,4,4.(多选)如图14所示是表示某弹簧振子运动的xt图象,下列说法正确的是 A.t1时刻振子正通过