高中物理《简谐运动》.pptx

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,*,第一节 简谐运动,机械振动,Simple harmonic motion,第1页,想一想,进入高中以来，我们主要学习了哪几个形式运动,?,请说出各运动名称及每种运动所对应受力情况。,1.,匀速直线运动,2.,匀变速直线运动、非匀变速直线运动,3.,平抛运动,4.,匀速圆周运动,第2页,机械振动是生活中常见运动形式,第3页,一、机械振动,1,、定义：,物体（或物体一部分）在某一中心位置（,平衡位置,）两侧所做往复运动（,周期性,），就叫做,机械振动（振动）,第4页,2,、机械振动主要特征是,（周期性）,（,1,）“空间运动”往复性,（,2,）“时间”上周期性。,3,、产生振动有两个必要条件：,（1）每当物体离开平衡位置就会受到,平衡位置力,作用。,（2）阻力足够小。,第5页,什么样机械振动最简单？,物体受力最简单、振动最简单,-,只受一个力作用机械振动,-,简谐振动,第6页,二、简谐运动,第7页,振子以,O,点为中心在水平杆方向做往复运动。振子由,B,点开始运动，经过,O,点运动到,C,点，由,C,点再经过,O,点回到,B,点，且,OC,等于,OB,今后振子不停地重复这种往复运动。以上装置称为,弹簧振子,。,第8页,弹簧振子,定义：,指理想化处理后弹簧与小球组成系统。,第9页,弹簧振子理想化条件,（,1,）弹簧质量比小球质量小得多，能够认为质量集中于振子（小球）。,（,2,）小球需体积很小，可当做质点处理。,（,3,）忽略一切摩擦及阻力作用。,（,4,）小球从平衡位置拉开位移在弹性程度内。,第10页,常见简谐运动：,第11页,常见简谐运动：,第12页,回复力,振子在振动过程中，所受重力与支持力平衡，振子在离开平衡位置,O,点后，只受到弹簧弹力作用，这个力方向跟振子离开平衡位置位移方向相反，总是指向平衡位置，所以称为,回复力,。,第13页,胡克定律,在弹簧发生弹性形变时，弹簧振子回复力,F,与振子偏离平衡位置位移,x,大小成正比，且方向总是相反，即：,这个关系在物理学中叫做,胡克定律,第14页,式中,k,是弹簧劲度系数。,负号,表示回复力方向跟振子离开平衡位置位移方向相反。,定义,:,物体在跟位移大小成正比，而且总是指向平衡位置力作用下振动，叫做,简谐运动,。,说明,:,判断是否作简谐振动依据是,第15页,简谐运动中位移、加速度、速度、动能、势能改变规律,平衡位置,:,振动物体能够静止时位置。,（,1,）振动中位移,x,都是以,平衡位置,为起点，所以，方向就是从平衡位置指向末位置方向，大小就是这两位置间距离，两个“端点”位移最大，在平衡位置位移为零。,第16页,第17页,（,2,）加速度,a,在两个“端点”最大，在平衡位置为零，方向总指向平衡位置。,简谐运动中位移、加速度、速度、动能、势能改变规律,（,3,）速度大小,v,与加速度,a,改变恰好相反，在两个“端点”为零，在平衡位置最大，除两个“端点”外任何一个位置速度方向都有两种可能。,a=-kx/m,第18页,（,5,）在简谐运动中，完成,P6,表格,（,4,）,能量改变：,机械能守恒，动能和势能总量不变。,简谐运动中位移、加速度、速度、动能、势能改变规律,第19页,物理量,改变过程,B O,O B,B O,O B,位移（,X,）,方向,大小,回复力（,F,）,加速度（,a,）,方向,大小,速度（,V,）,方向,大小,动能大小,势能大小,向右,减小,向左,减小,向左,增大,增大,减小,向左,增大,向右,增大,向左,减小,减小,增大,向左,减小,向右,减小,向右,增大,增大,减小,向右,增大,向左,增大,向右,减小,减小,增大,O,B,B,第20页,例,1,、图所表示为一弹簧振子，,O,为平衡位置，设向右为正方向，振子在,B,、,C,之间振动时（）,A,B,至,O,位移为负、速度为正,B,O,至,C,位移为正、加速度为负,C,C,至,O,位移为负、加速度为正,D,O,至,B,位移为负、速度为负,O,C,B,C,第21页,简谐运动特点,：,1,、简谐振动是最简单、最基本运动，简谐振动是理想化振动。,2,、回复力与位移成正比而方向相反，总是指向平衡位置。,3,、简谐运动是一个理想化运动，振动过程中无阻力，所以振动系统机械能守恒。,4,、简谐运动是一个非匀变速运动。,第22页,简谐运动,弹簧振子,-,理想化物理模型,2,、产生条件,（,1,）有回复力作用,（,2,）阻力足够小,回复力特点：,F=-kx,各物理量分析,O,A,A,1,、定义,机械振动,小结,第23页,1,、简谐运动属于哪一个运动（）,A,、匀加速运动,B,、匀减速运动,C,、匀速运动,D,、非匀变速运动,D,思索与讨论,第24页,思索与讨论,2,、作简谐振动物体，当它每次经过同一位,置时，一定相同物理量是（）,A,、速度,B,、位移,C,、回复力,D,、加速度,E,、动能,C,B,D,E,第25页,3,、做简谐运动物体，当位移为负值时，以下说法正确是（）,A,、速度一定为正值，加速度一定为正值。,B,、速度不一定为正值，但加速度一定为正值。,C,、速度一定为负值，加速度一定为正值。,D,、速度不一定为负值，加速度一定为负值。,思索与讨论,B,第26页,4,做简谐振动弹簧振子受到回复力与位移关系可用图中哪个图正确表示出来？（）,C,思索与讨论,第27页,三、描述简谐运动特征物理量,1,、,全振动：,振动物体往返一次（以后完全重复原来运动）运动，叫做一次全振动。,2,、,振幅（,A,）：,振动物体离开平衡位置最大距离，叫做振幅，用,A,表示，单位为长度单位单位，在国际单位制中为米（,m,），,振幅是描述振动强弱物理量，振幅大表示振动强，振幅小表示振动弱。,振幅大小反应了振动系统能量大小。,第28页,3,、,周期：,做简谐运动物体完成一次全振动所需要时间，叫做振动周期用,T,表示，单位为时间单位，在国际单位制中为秒（,s,）。,4,、,频率：,单位时间内完成全振动次数，叫做振动频率。用,f,表示，在国际单位制中，频率单位是赫兹（,Hz,），,三、描述简谐运动特征物理量,振动周期是描述振动快慢物理量，周期越长表示振动越慢，周期越小表示振动越快。,频率是表示振动快慢物理量，频率越大表示振动越快，频率越小表示振动越慢。,第29页,1,、振幅是一个标量，是指物体偏离平衡位置最大距离。它没有负值，也无方向，所以振幅不一样于最大位移。,2,、,在简谐运动中，在一个稳定振动中，物体振幅是不变。,振幅与振动能量相关，振幅越大，能量越大。,3,、振动物体在一个全振动过程中经过旅程等于,4,个振幅，在半个周期内经过旅程等于两个振幅，但在四分之一周期内经过旅程不一定等于一个振幅，与振动起始时刻相关。,几点注意事项,4,、,周期与频率关系：,T=1/f,第30页,例,1,、一个弹簧振子振动周期是,0.25s,，当振子从平衡位置开始向右运动，经过,1.7s,时，振子运动情况是,（）,A.,正在向右做减速运动；,B.,正在向右做加速运动；,C.,正在向左做减速运动；,D.,正在向左做加速运动；,思索与讨论,B,第31页,2,、一弹簧振子作简谐运动，则以下说法正确有（）,A.,若位移为负值，则速度一定为正值,B.,振子经过平衡位置时，速度为零，加速度最大,C.,振子每次经过平衡位置时，加速度相同，速度也相同,D.,振子每次经过同一位置时，其速度不一定相同，但加速度一定相同,.,思索与讨论,D,第32页,3.,将一个水平方向弹簧振子从它平衡位置向右拉开,10cm,，无初速释放，已知振子频率为,5Hz,，振子在,0.1s,到,0.15s,内向,（左、右）做,（加、减）速运动；在,0.4s,内一共经过旅程为,，位移为,（,取向右为正,）,;,振子,0.65s,末速度向,（左、右）；当振子位移为,2cm,时，它加速度大小为,4m/s,2,。则振子在振动过程中最大加速度为,.,思索与讨论,右,加,80cm,10cm,左,20m/s,2,第33页,4,如图所表示弹簧振子，振球在光滑杆上做简谐振动，往返于,BOC,之间，,O,是平衡位置，,D,是,OC,中点则,A.,小球由,O,向,C,运动过程中，加速度越来越大，速度越来越大,B.,小球由,C,到,O,运动过程中，加速度越来越小，速度越来越大,C.,小球由,O,到,B,运动过程中，要克服弹力做功,D.,小球由,D,点运动到,C,再返回,D,，所用时间是,1/4,周期,思索与讨论,BC,第34页,5,如图所表示，轻质弹簧下端挂重为,20N,物体,A,，弹簧伸长了,3cm,，再挂重为,20N,物体,B,时又伸长,2cm,，若将连接,A,和,B,连线剪断，使,A,在竖直面内振动时，下面结论正确是（）,A,振幅是,2cm,B,振幅是,3cm C,最大回复力是,30N,D,最大回复力是,20N,思索与讨论,第35页,6,一平台沿竖直方向作简谐振动，一物体置于平台上随平台一起振动，物体对平台压力最大时刻是（）,A,平台向下运动经过振动平衡位置时,B,平台向上运动经过振动平衡位置时,C,平台运动到最高点时,D,平台运动到最低点时,思索与讨论,D,第36页,