2.1简谐运动—人教版高中物理选择性必修第一册课件(共60张PPT)
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高中物理选择性必修一-简谐运动教学课件
小孩荡秋 千的运动
摆钟在最低 点附近的往 复运动
这些运动有什么共同特点？
一、机械振动
1. 特点：物体（或物体的一部分）在平衡 位置附近做往复运动。
我们把这类运动叫做机械振动。简称振动。
平衡位置： 振子原来静止时的位置
（即物体在没有振动时所处的位置） ⒉机械振动的主要特征是：“空间运动”的往
复性和“时间”上的周期性。
三、弹簧振子的位移---时间图象（振动图像） 1、振子的位移x:都是相对于平衡位置的位移。
下面左图中如果规定在O点右边为正，则在左边 为负。XA为正，XB为负
2、振幅（A）：振动物体离开平衡位置的最大距离 说明：（1）标量 （2）物理意义：反映振动物体振动的强弱
三、弹簧振子的位移—时间图象
图像绘制方法 （1）、频闪照相
3、当物体从平衡位置向最大位移处运动时， 由于v与a的方向相反，物体做加速度越来越 大的减速运动。
二、简谐运动中各个物理量的变化规律
归纳总结
总结：做简谐运动的物体，在通过对称于平衡位置的AB 两个位置时，相对应的各个各个物理量具有怎样的关系？ 1.位移大小相等，方向相反； 2.速度大小相等，方向可能相同，也可能相反； 3.加速度大小相等，方向相反； 4.从平衡位置到达这两个，或从这两个点直接到达平 衡位置的时间相等；
2、简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，
振动的能量越大
试画出物体在做简谐运动时的Ek-t和Ep-t及
E-t图象
E
机械能
势能
0A O B
t
动能
思考： 图像中的白点是小球的运动轨迹么?
三、弹簧振子的位移---时间图象（振动图像）
2.描图记录法 在弹簧振子的小球上安装
2.1简谐运动课件高二上学期物理人教版选择性
C．C→O，位移为负，速度为正
D．O→B，位移为负，速度为负
【答案】AD
【解析】弹簧振子的位移是从平衡位置指向所在处的有向线段．由题意知向右为 正方向，则振子在O点左侧时位移为负，在O点右侧时位移为正．速度正负的判断： 如果方向向右则为正，向左则为负．B→O，位移为负，速度为正，A正确；O→C， 位移为正，速度为正，B错误；C→O，位移为正，速度为负，C错误；O→B，位 移为负，速度为负，D正确．
简谐运动的模型——弹簧振子 ①弹簧振子是一个理想化模型,跟前面学习的质点、点电荷等一样,是为研 究问题而抓住主要因素、忽略次要因素的一种科学的处理方法。 ②实际物体看作弹簧振子的四个条件 a.弹簧的质量比物体的质量小得多,可以认为整体质量集中于物体上; b.构成弹簧振子的物体体积可忽略,可以认为物体是一个质点; c.忽略物体与水平面之间的摩擦力,不计空气阻力; d.物体从平衡位置被拉开的位移在弹簧弹性限度内。
（1）简谐运动的回复力
（2）简谐运动的位移 ①振动位移可用从平衡位置指向振子所在位置的有向线段表示,方向为从平衡位置 指向振子所在位置,大小为平衡位置到该位置的距离。 ②位移的表示方法:以平衡位置为坐标原点,以振动所在的直线为坐标轴,规定正方 向,则某时刻振子偏离平衡位置的位移可用该时刻振子所在位弹簧振子 (1)弹簧振子：弹簧振子是指小球和弹簧所组成的系统，是一种理想化模型。 (2)振子模型：常见的有水平弹簧振子和竖直弹簧振子。如图所示，图中球与杆 之间的摩擦力及空气阻力可以忽略，且弹簧的质量与小球的质量相比可以忽略。
弹簧振子的振动
二、简谐运动及其特征
二、简谐运动及其特征
总结：简谐运动是最简单、最基本的振动，其振动过程关于平衡位置对称，是 一种往复运动。弹簧振子的运动就是简谐运动。简谐运动的位移—时间图像是 正弦函数。
物理人教版(2019)选择性必修第一册2.1简谐运动(共15张ppt)
且与初速度方向在同一直线：匀变速直线运动 a恒定：
且与初速度方向不在同一直线：抛体运动
a大小不变、方向改变：匀速圆周运动 a变化：
a大小、方向均改变：机械振动
一、机械振动
1.定义：物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动叫做机械振动，
简称振动。
平衡位置
2.平衡位置：振子原来静止时的位置。（合力为0）
三、弹簧振子的位移——时间图像
1.振子的位移：从平衡位置指向小球所在位置的有向线段
x1
x2 弹簧振子
注意：振子位移和机械运 动的位移定义上的区别
三、弹簧振子的位移——时间图像
2.弹簧振子的位移——时间图像： ①建立坐标系： 以小球的平衡位置为坐标原点0 沿着弹簧振子的振动方向建立纵轴 垂直于弹簧振子振动方向建立横轴
②标出各时刻小球球心的位置坐标；
③用曲线把各点连接起来。
以上实验中画出的小球运动的x—t图象很像正弦曲线，是
不是这样呢？如何验证？
方法一：正弦函数代入法 方法二：计算机函数图像耦合法
思考：简谐运动的
位移-时间（x-t）图 像是不是质点的轨迹？
四、简谐振动
1.定义：如果物体的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图 像（x-t图像）是一条正弦曲线，这样的振动是一种简谐运动。 简谐运动是最基本的振动。
2.运动性质：非匀变速运动 3.图象意义:表示一个振子不同时刻所在的位置或者一个振子位移随时间的
变化规律。
4.从Байду номын сангаас像获取信息
四、简谐振动
①任意时刻质点的位移的大小和方向； ②任意时刻质点的振动方向； ③任意时刻质点的速度、加速度、位移的变化情况；
思考：图像的斜率代表什 么含义？
且与初速度方向不在同一直线：抛体运动
a大小不变、方向改变：匀速圆周运动 a变化：
a大小、方向均改变：机械振动
一、机械振动
1.定义：物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动叫做机械振动，
简称振动。
平衡位置
2.平衡位置：振子原来静止时的位置。（合力为0）
三、弹簧振子的位移——时间图像
1.振子的位移：从平衡位置指向小球所在位置的有向线段
x1
x2 弹簧振子
注意：振子位移和机械运 动的位移定义上的区别
三、弹簧振子的位移——时间图像
2.弹簧振子的位移——时间图像： ①建立坐标系： 以小球的平衡位置为坐标原点0 沿着弹簧振子的振动方向建立纵轴 垂直于弹簧振子振动方向建立横轴
②标出各时刻小球球心的位置坐标；
③用曲线把各点连接起来。
以上实验中画出的小球运动的x—t图象很像正弦曲线，是
不是这样呢？如何验证？
方法一：正弦函数代入法 方法二：计算机函数图像耦合法
思考：简谐运动的
位移-时间（x-t）图 像是不是质点的轨迹？
四、简谐振动
1.定义：如果物体的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图 像（x-t图像）是一条正弦曲线，这样的振动是一种简谐运动。 简谐运动是最基本的振动。
2.运动性质：非匀变速运动 3.图象意义:表示一个振子不同时刻所在的位置或者一个振子位移随时间的
变化规律。
4.从Байду номын сангаас像获取信息
四、简谐振动
①任意时刻质点的位移的大小和方向； ②任意时刻质点的振动方向； ③任意时刻质点的速度、加速度、位移的变化情况；
思考：图像的斜率代表什 么含义？
2.1简谐运动课件-高二上学期物理人教版选择性(1)
图像和特征 次全振动。
简谐运动能量 （2）如左图，振子一直在平衡位置附近振动，每个全振动中偏离平衡位
特征
置的最大距离和需要的时间都不变，振子的位移—时间函数为正弦或者
余弦函数，我们把具有这种特征的运动叫做简谐运动。
例题1：对于下面甲、乙、丙、丁四种情况，可认为是简谐运动的是（ C ）
①甲：倾角为θ的光滑斜面上的小球沿斜面拉下一段距离，然后松开，空气阻力可忽略
-20
(1)振幅和周期 (2)任一时刻物体的位置 (3)任一时间段内的路程
例题2：如图是某质点的振动图像，请回答以下问题.
1、质点的振幅、周期？ 质点的振幅为3cm，周期为16s.
x/cm 3
2、4s末、10s末质点位置在哪里？
O
8 16
t/s
4s末质点位置在3cm处，10s末质点位 置在-2cm处.
-3
例题2：如图是某质点的振动图像，请回答以下问题.
3、1s末、6s末质点向哪个方向运动？
x/cm
1s末质点向正方向运动，6s末质点向负 方向运动.
3
4、质点在4s、16s内通过的路程分别是 O 多少？
8 16
t/s
质点在4s内通过的路程为3cm，16s内通 -3
过的路程为12cm.
简谐运动过程 B B→O O O→B B’ B’→O O O→B
②乙：粗细均匀的木筷，下端绕几圈铁丝，竖直浮在较大的装有水的杯中。把木筷往上提起一段
距离后放手，木筷就在水中上下振动
③丙：小球在半径为R的光滑球面上的A、B（AB=R）之间来回运动
④丁：小球在光滑固定斜面上来回运动
A．只有①
B．只有①②
C．只有①②③
D．都可以
简谐运动能量 （2）如左图，振子一直在平衡位置附近振动，每个全振动中偏离平衡位
特征
置的最大距离和需要的时间都不变，振子的位移—时间函数为正弦或者
余弦函数，我们把具有这种特征的运动叫做简谐运动。
例题1：对于下面甲、乙、丙、丁四种情况，可认为是简谐运动的是（ C ）
①甲：倾角为θ的光滑斜面上的小球沿斜面拉下一段距离，然后松开，空气阻力可忽略
-20
(1)振幅和周期 (2)任一时刻物体的位置 (3)任一时间段内的路程
例题2：如图是某质点的振动图像，请回答以下问题.
1、质点的振幅、周期？ 质点的振幅为3cm，周期为16s.
x/cm 3
2、4s末、10s末质点位置在哪里？
O
8 16
t/s
4s末质点位置在3cm处，10s末质点位 置在-2cm处.
-3
例题2：如图是某质点的振动图像，请回答以下问题.
3、1s末、6s末质点向哪个方向运动？
x/cm
1s末质点向正方向运动，6s末质点向负 方向运动.
3
4、质点在4s、16s内通过的路程分别是 O 多少？
8 16
t/s
质点在4s内通过的路程为3cm，16s内通 -3
过的路程为12cm.
简谐运动过程 B B→O O O→B B’ B’→O O O→B
②乙：粗细均匀的木筷，下端绕几圈铁丝，竖直浮在较大的装有水的杯中。把木筷往上提起一段
距离后放手，木筷就在水中上下振动
③丙：小球在半径为R的光滑球面上的A、B（AB=R）之间来回运动
④丁：小球在光滑固定斜面上来回运动
A．只有①
B．只有①②
C．只有①②③
D．都可以
高二物理人教版选择性必修第一册教学课件《简谐运动的描述》
振子所受的合外力始终指向平衡位置！
对于弹簧振子所受合外力与位移之间的关系
图像，下列图像中正确的是（ C ）
如图所示的弹簧振子，此时振子具有向右的初速度v0，已 知弹簧的劲度系数为k，振子的质量为m，AO之间的距离 为A，取向右为正方向，试画出x-t、v-t、F-t、a-t的图像
简谐运动的回复力
T
x Asin 2 t
T
弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点之间做简谐运动，
BC相距20cm，某时刻振子处于B点，经过0.5s，首次到达
C，则下列说法正正确的是（ C）
A.振幅为20cm B.振子的周期为2s C.振子5s内的路程为200cm D.振子在3s内的位移为120cm
一个质点做简谐振动的图像如图所示，下列判断中正确 的是（ ） A．在t＝4×10－2s时，质点速度达到最大值 B．振幅为2×10－3m，频率为50Hz C．质点在0到1×10－2s的时间内，其速度和加速度方向 相同 D．该简谐振动的方程为x＝0.2cos（50πt）cm
要使物体在振动中不离开弹簧，振幅的最大值 为__2_A_____。
一个质量为m，侧面积为S的正方形木块放在水面上 静止(平衡)，如图所示。现用力向下将其压入水中一 小距离后撤掉外力，木块在水面上下振动，试判断木 块的振动是否为简谐运动。
F回＝mg－F浮，又F浮＝ρgS(x0＋x)。 由以上两式，得F回＝mg－ρgS(x0＋x) ＝mg－ρgSx0－ρgSx。 ∵mg＝ρgSx0，∴F回＝－ρgSx。即F 回＝－kx，(k＝ρgS)。 即木块做简谐运动。
D
简谐运动的表达式
相位
x Asin(t )
振幅
圆频率 2 2f 初相位
T
x Asin(2 t ) Asin(2ft )
对于弹簧振子所受合外力与位移之间的关系
图像，下列图像中正确的是（ C ）
如图所示的弹簧振子，此时振子具有向右的初速度v0，已 知弹簧的劲度系数为k，振子的质量为m，AO之间的距离 为A，取向右为正方向，试画出x-t、v-t、F-t、a-t的图像
简谐运动的回复力
T
x Asin 2 t
T
弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点之间做简谐运动，
BC相距20cm，某时刻振子处于B点，经过0.5s，首次到达
C，则下列说法正正确的是（ C）
A.振幅为20cm B.振子的周期为2s C.振子5s内的路程为200cm D.振子在3s内的位移为120cm
一个质点做简谐振动的图像如图所示，下列判断中正确 的是（ ） A．在t＝4×10－2s时，质点速度达到最大值 B．振幅为2×10－3m，频率为50Hz C．质点在0到1×10－2s的时间内，其速度和加速度方向 相同 D．该简谐振动的方程为x＝0.2cos（50πt）cm
要使物体在振动中不离开弹簧，振幅的最大值 为__2_A_____。
一个质量为m，侧面积为S的正方形木块放在水面上 静止(平衡)，如图所示。现用力向下将其压入水中一 小距离后撤掉外力，木块在水面上下振动，试判断木 块的振动是否为简谐运动。
F回＝mg－F浮，又F浮＝ρgS(x0＋x)。 由以上两式，得F回＝mg－ρgS(x0＋x) ＝mg－ρgSx0－ρgSx。 ∵mg＝ρgSx0，∴F回＝－ρgSx。即F 回＝－kx，(k＝ρgS)。 即木块做简谐运动。
D
简谐运动的表达式
相位
x Asin(t )
振幅
圆频率 2 2f 初相位
T
x Asin(2 t ) Asin(2ft )
2.2 简谐运动的描述(教学课件)-高二物理(人教版选择性必修第一册)
主讲老师：
20XX.XX.XX
目录
01
描述简谐运动的物理量
02
简谐运动的表达式与图像
课堂引入
仔细观察傅科摆的运动，现实生活有很多物体的运动类似于简谐运动，
思考如何描述简谐运动的这种独特性呢？
课堂引入
知识回顾：什么样的运动叫做简谐运动？
简谐运动：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的
变化
联系
不发生变化
大小和方向随时间做周
随时间
期性变化
增加
(1)振幅等于位移最大值的数值；(2)在一个完整周期内的路
程等于4个振幅。
（二）周期和频率
1.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。
若从振子向右经过某点p起，经过怎样的运动才叫完成一次全振动？
V
2.特征：
(1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置；
(2)运动具有往复性。
A
P
A′
O
平衡位置
O
A′
P
A
O
P
振动物体连续两次以相同速度通过同一点所经历的过程。
（二）周期和频率
2.周期：做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间，称为周期T，
单位：s。
3.频率：物体完成全振动的次数与所用时间之比叫作频率f，数值等于
我们能够做到两个方面:一是根据振动方程作出
振动图像,二是根据振动图像读出振幅、周期、
初相,进而写出位移的函数表达式。
钟摆来回摆动
巩固提升
课堂小结
描述简谐运动的物理量
简
谐
运
动
的
20XX.XX.XX
目录
01
描述简谐运动的物理量
02
简谐运动的表达式与图像
课堂引入
仔细观察傅科摆的运动，现实生活有很多物体的运动类似于简谐运动，
思考如何描述简谐运动的这种独特性呢？
课堂引入
知识回顾：什么样的运动叫做简谐运动？
简谐运动：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的
变化
联系
不发生变化
大小和方向随时间做周
随时间
期性变化
增加
(1)振幅等于位移最大值的数值；(2)在一个完整周期内的路
程等于4个振幅。
（二）周期和频率
1.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。
若从振子向右经过某点p起，经过怎样的运动才叫完成一次全振动？
V
2.特征：
(1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置；
(2)运动具有往复性。
A
P
A′
O
平衡位置
O
A′
P
A
O
P
振动物体连续两次以相同速度通过同一点所经历的过程。
（二）周期和频率
2.周期：做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间，称为周期T，
单位：s。
3.频率：物体完成全振动的次数与所用时间之比叫作频率f，数值等于
我们能够做到两个方面:一是根据振动方程作出
振动图像,二是根据振动图像读出振幅、周期、
初相,进而写出位移的函数表达式。
钟摆来回摆动
巩固提升
课堂小结
描述简谐运动的物理量
简
谐
运
动
的
2.1简谐运动课件高二上学期物理人教版选择性
观察与思考
在轨道上涂上一层润滑油， 重复刚才的实验，观察到的结 果与第一次实验会有何不同？
滑块往复运动的次数增多，运动时间变长。
如果滑块受到的阻力忽略不计，弹簧的质量比滑块的质量 小得多，也忽略不计，实验结果如何？
滑块将持续地做往复运动
一、弹簧振子
理想模型
1、定义:振动物体（滑块或者小球等）和弹簧所组成的系统， 有时也简称为振子。
思考与讨论
请 分 析 在 M′ 与 M 间 做 简 谐 运 动的振子的位移、速度、加速度 并填写表格。
平衡位置O
位移x
_0__
速度v 最大
加速度a _0__
O→M 增大 _减__小__ 增大
M _最__大_ _0__ 最大
M→O 减小 增__大__ _减__小__
O→M′ _增__大_ _减__小_ 增大
小球在平衡位置右边时位置坐标为正，在左边时位置坐标 为负。因此小球的位置坐标就反映了小球相对与平衡位置的
位移，也称作小球的位移，方向为从平衡位置指向小球此
时的位置。 说一说：这里的位移概念和我们以前学的位移有什么不同呢？
问题5：小球的位置坐标既然反映了小球相对于平衡位置的位 移，那么小球的位置—时间图像就是小球的位移—时间图像。 怎样才能得到小球的位移与时间的关系呢？ 关键在于记录不同时刻小球的位置 你能想到有什么办法呢？
(3)在图乙中，小球在t＝1 s、t＝2 s和t＝3 s时所处的位置依次是_B__点__、 _O__点__和_A__点__。 (4)在t＝2 s时，小球速度的方向与t＝0时速度的方向_相__反__。(选填“相同” 或“相反”)
(5)小球在前4 s内的位移等于__0__ cm，其路程为_1_2__ cm。