大学物理 简谐运动习题课选讲例题剖析

11.1 简谐运动每课一练（人教选修3-4）1．下列情形中不属于机械振动的是()A．水中浮标上下浮动B．秋千的摆动C．拨动后的琴弦D．表针沿表盘转动解析物体做机械振动时存在某一平衡位置、且物体在这一位置两侧往复运动，A、B、C选项中描述的运动均符合这一要求，D选项表针做圆周运动，它并不是在某一位置两侧往复运动，故D选项不属于机械振动．答案 D2．关于简谐运动，下列说法正确的是()A．位移的方向总指向平衡位置B．加速度方向总和位移方向相反C．位移方向总和速度方向相反D．速度方向总跟位移方向相同解析简谐运动的位移的初始位置是平衡位置，所以简谐运动过程中任一时刻的位移都是背离平衡位置的，故A选项错误；振子的加速度总是指向平衡位置的，而位移总是背离平衡位置的，故B选项正确；振子在平衡位置两侧往复运动，故C、D选项错误．答案 B3．如图所示的一弹簧振子，设向右为正方向，O为平衡位置则()A．A→O时，位移为负，速度为正B．O→B时，位移为正，加速度为负C．B→O时，位移为负，速度为正D．O→A时，位移为负，加速度为正解析位移方向是从平衡位置指向振子所在位置，加速度方向总是指向平衡位置，所以本题正确选项为C.答案 C4．(多选题)关于简谐运动的图象，下列说法中正确的是() A．表示质点振动的轨迹，是正弦或余弦曲线B．由图象可判断任一时刻质点相对平衡位置的位移方向C．表示质点的位移随时间变化的规律D．由图象可判断任一时刻质点的速度方向解析振动图象表示质点的位移随时间的变化规律，不是运动轨迹，A错、C对；由图象可以判断某时刻质点的位移和速度方向，B、D正确．答案BCD5．简谐运动是下列运动中的()A．匀变速运动B．匀速直线运动C．非匀变速运动D．匀加速直线运动解析简谐运动的速度是变化的，B错．加速度a也是变化的，A、D错，C对．答案 C6．如图所示，为一弹簧振子做简谐运动的振动图线，在t1、t2时刻这个质点的()A．加速度相同B．位移相同C．速度相同D．机械能相同解析在弹簧振子做简谐运动时机械能守恒，在t1、t2两时刻振子具有相同大小的位移，但方向不同，加速度不同，故A、B不正确；由图象可知t1、t2两时刻速度方向不同故C选项错误．答案 D7．一质点做简谐运动的图象如图所示，在4 s内具有最大负方向速度和具有最大负方向位移的时刻分别是()A．1 s 4 s B．3 s 2 sC．1 s 2 s D．3 s 4 s解析质点具有最大速度处是在平衡位置，由图中看是1 s处和3 s处，在1 s处振子将向负的最大位移处移动，所以此处速度为负，而3 s处速度为正向最大．在2 s和4 s处都有最大位移，2 s处位移为负方向，4 s处位移为正方向，正确选项为C.答案 C8．某弹簧振子的振动图象如图所示，将弹簧振子从平衡位置拉开4 cm 后放开，同时开始计时，则在t＝0.15 s时()A．振子正在做加速度减小的加速运动B．振子正在做加速度增大的减速运动C．振子速度方向沿x轴正方向D．振子的位移一定等于2 cm解析振子正向负的最大位移处运动，加速度在增大，速度在减小，故A错、B对；振子的速度方向沿x轴负方向，C错；在0.1～0.2 s内振子做变速运动，故振子的位移不等于2 cm，D错．答案 B9．如图是用频闪照相的方法获得的弹簧振子的位移—时间图象，下列有关该图象的说法不正确的是()A．该图象的坐标原点是建立在弹簧振子小球的平衡位置B．从图象可以看出小球在振动过程中是沿垂直x轴方向移动的C．为了显示小球在不同时刻偏离平衡位置的位移，让底片沿垂直x轴方向匀速运动D．图象中小球的疏密显示出相同时间内小球位置变化快慢不同解析该图象的坐标原点是建立在弹簧振子的平衡位置，小球的振动过程是沿x轴方向移动的，故A对，B错．由获得图象的方法知C对．频闪照相是在相同时间留下的小球的象，因此小球的疏密显示了它的位置变化快慢，D对．答案 B10．一个质点做简谐运动，它的振动图象如图所示，则() A．图中的曲线部分是质点的运动轨迹B．有向线段OA是质点在t1时间内的位移C．有向线段OA在x轴的投影是质点在t1时刻的位移D．有向线段OA的斜率是质点在t1时刻的瞬时速率解析图中的曲线部分是质点的位移与时间的对应关系，不是质点的运动轨迹，故A错；质点在t1时间内的位移，应是曲线在t1时刻的纵坐标，故B错，C对；质点在t1时刻的瞬时速率应是曲线在t1时刻所对应的曲线的斜率，故D错．答案 C11．一个质点经过平衡位置O，在A、B间做简谐运动，如图①所示，它的振动图象如图②所示，设向右为正方向，则①②(1)OB＝________cm；(2)第0.2s末质点的速度方向是________，位移大小为________；(3)第0.7s时，质点位置在________点与__________点之间；(4)质点从O经B运动到A所需时间t＝__________s；(5)质点在0.2s到0.8s内运动的路程为__________cm.解析(1)OB＝5 cm.(2)在第0.2 s末质点沿x轴负方向运动，即加速度向左，此时正处在平衡位置，位移大小为0.(3)第0.7s时，质点正处于由平衡位置向正向最大位移运动的过程中，即在O点与B点之间．(4)由图象知，由质点O到B需0.2 s，由对称性可知从O经B运动到A所需时间t＝0.6 s.(5)由图象知，质点由O点到B点位移为5 cm，由对称性可知质点在0.2 s到0.8 s的运动路程为15 cm.答案(1)5(2)向左0(3)O B(4)0.6(5)1512．在心电图仪、地震仪等仪器工作过程中，要进行振动记录，如图①所示是一个常用的记录方法，在弹簧振子的小球上安装一支记录用笔P，在下面放一条白纸带．当小球振动时，匀速拉动纸带(纸带速度与振子振动方向垂直)，笔就在纸带上画出一条曲线，如图②所示．若匀速拉动纸带的速度为1 m/s，作出P的振动图象．①②解析图②中运动的位移值可以对应不同的时刻，由x＝v t可知，当x＝20 cm时，对应时间t＝xv＝0.2 s，作出图象如图所示．答案见解析图13. 如图所示是某质点做简谐运动的振动图象，根据图象中的信息，回答下列问题：质点在第2s末的位移是多少？质点在第2s内的位移是多少？在前4s内的路程是多少？解析(1)由x—t图象可以读出2 s末质点的位移为零．(2)质点的最大位移在前4 s发生在1 s末和3 s末，故第2 s内，位移为－10 cm.(3)前4 s质点正好完成一个往复的全振动．先朝正方向运动了距离为10 cm的一个回，又在负方向上进行了一个10 cm距离的回，总路程为40 cm.答案0－10 cm40 cm。

专题55 简谐运动及其描述 单摆 受迫振动和共1.知道简谐运动的概念，理解简谐运动的表达式和图象。

2。

知道什么是单摆，知道在摆角较小的情况下单摆的运动是简谐运动,熟记单摆的周期公式。

3.理解受迫振动和共振的概念,掌握产生共振的条件．1． 简谐运动(1)定义：物体在跟位移大小成正比并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动． (2）简谐运动的特征 ①动力学特征：F ＝－kx .②运动学特征:x 、v 、a 均按正弦或余弦规律发生周期性变化(注意v 、a 的变化趋势相反)． ③能量特征：系统的机械能守恒,振幅A 不变． (3)描述简谐运动的物理量①位移x ：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段,是矢量． ②振幅A ：振动物体离开平衡位置的最大距离，是标量,它表示振动的强弱．③周期T 和频率f :物体完成一次全振动所需的时间叫做周期,而频率则等于单位时间内完成全振动的次数．它们是表示振动快慢的物理量，二者互为倒数关系：T ＝错误!。

（4）简谐运动的表达式①动力学表达式：F ＝－kx ，其中“－”表示回复力与位移的方向相反．②运动学表达式:x ＝A sin （ωt ＋φ)，其中A 代表振幅,ω＝2πf 表示简谐运动的快慢,（ωt ＋φ）代表简谐运动的相位，φ叫做初相． 2． 单摆(1）定义：如图所示,在细线的一端拴一个小球，另一端固定在悬点上，如果线的伸长和质量都不计，球的直径比摆线短得多，这样的装置叫做单摆．(2）视为简谐运动的条件：摆角小于5°。

(3)回复力：小球所受重力沿圆弧切线方向的分力,即:F ＝－mg sin θ＝－x Lmg＝－kx ，F 的方向与位移x 的方向相反．（4）周期公式:gL T π2= (5)单摆的等时性：单摆的振动周期取决于摆长l 和重力加速度g ，与振幅和振子(小球）质量都没有关系． 3． 受迫振动与共振（1）受迫振动:系统在驱动力作用下的振动．做受迫振动的物体,它的周期(或频率)等于驱动力的周期(或频率），而与物体的固有周期（或频率）无关．（2)共振：做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近,其振幅就越大，当二者相等时，振幅达到最大,这就是共振现象．共振曲线如图所示．考点一 简谐运动的基本特征及应用 1．五个概念(1）回复力：使振动物体返回平衡位置的力． （2)平衡位置：物体在振动过程中回复力为零的位置．(3)位移x ：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段，是矢量． （4)振幅A :振动物体离开平衡位置的最大距离，表示振动的强弱，是标量． (5）周期T 和频率f ：表示振动快慢的物理量． ①单摆的周期gLT π2= ②弹簧振子的周期与弹簧的劲度系数及弹簧振子的质量有关（km T π2=） 2．三个特征（1)受力特征：F ＝－kx 。

专题16。

1 简谐运动1．（2017北京，15）某弹簧振子沿x轴的简谐振动图像如图所示，下列描述正确的是A．t=1s时，振子的速度为零,加速度为负的最大值B．t=2s时，振子的速度为负,加速度为正的最大值C．t=3s时，振子的速度为负的最大值，加速度为零D．t=4s时，振子的速度为正，加速度为负的最大值【答案】A【名师点睛】根据振动图象判断质点振动方向的方法：沿着时间轴看去，“上坡”段质点向上振动，“下坡”段质点向下振动.(二）考纲解读主题内容要求说明机械振动简谐运动Ⅰ1。

简谐振动只限于单摆和弹簧振子.2.简谐振动公式只限于回复力公式；图像只限于位移—时间图像。

简谐运动的公式和图像Ⅱ单摆、周期公式Ⅰ受迫振动和共振Ⅰ本讲共3个一级考点,一个二级考点，高考中以选择题或者计算形式出现，难度一般不大，格外要重视。

(三）考点精讲考向一简谐运动的规律简谐运动的五大特征受力特征回复力F＝－kx,F（或a)的大小与x的大小成正比,方向相反运动特征靠近平衡位置时，a、F、x都减小，v增大；远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小能量特征振幅越大，能量越大．在运动过程中,系统的动能和势能相互转化，机械能守恒周期性特征质点的位移、回复力、加速度和速度随时间做周期性变化，变化周期就是简谐运动的周期T；动能和势能也随时间做周期性变化，其变化周期为错误!对称性特征关于平衡位置O对称的两点，速度的大小、动能、势能相等,相对平衡位置的位移大小相等；由对称点到平衡位置O用时相等【例1】(多选）如图6所示,轻弹簧上端固定,下端连接一小物块,物块沿竖直方向做简谐运动．以竖直向上为正方向，物块简谐运动的表达式为y＝0。

1sin (2。

5πt) m．t＝0时刻，一小球从距物块h高处自由落下;t＝0。

6 s 时，小球恰好与物块处于同一高度．取重力加速度的大小g＝10 m/s2。

以下判断正确的是（）图6A．h＝1。

7 mB．简谐运动的周期是0。

第 1 页 简谐运动例题解析［例1］试证明竖直方向的弹簧振子的振动是简谐运动．图9—1—1解析：如图9—1—1所示，设振子的平衡位置为O ，向下方向为正方向．此时弹簧的形变为x 0．根据胡克定律及平衡条件有mg －kx 0＝0 ①当振子向下偏离平衡位置x 时，有：F 回＝mg －k (x ＋x 0) ②将①代入②得：F 回＝－kx ，故重物的振动满足简谐运动的条件．点评：分析一个振动系统是否为简谐运动，关键是判断它的回复力是否满足：其大小随着位移的变化做正比变化．其方向总与位移方向相反，即F ＝－kx ，或者是否λ＝－mk x ．要知道，对不同的简谐运动，F ＝－kx 中的k 的意义不同，不要都认为它是弹簧的劲度系数，如后面讲到的单摆，则k ＝Lmg 就是一例．另外还必须知道，产生简谐运动的回复力可以是一个力，也可以是某个力的分力，也可以是几个力的合力，此题的回复力为弹力和重力的合力．(2)桥梁法破解振动中相关物理量的变化问题．桥梁法是指在分析振动过程中各物理量的变化时，一定要先找到位移的变化情况，然后再根据位移与其他量间的关系来分析相关量的变化．这种以位移为桥梁理清各物理量间的关系的方法称为桥梁法．在简谐运动中，回复力和加速度均跟位移成正比，势能也随位移的增大而增大；速率、动能、动量的大小随位移的增大而减小，随位移的减小而增大．回复力和加速度的方向总跟位移方向相反，而速度、动量的方向可能跟位移方向相同，也可能相反．［例2］有一弹簧振子做简谐运动，则A ．加速度最大时，速度最大B ．速度最大时，位移最大C ．位移最大时，回复力最大D ．回复力最大时，加速度最大解析：振子加速度最大时，处在最大位移处，此时振子的速度为零，由F ＝kx 知道，此时振子所受回复力最大，所以选项A 错，C 、D 两项对．振子速度最大时，是经过平衡位置时，此时位置为零，所以选项B 错．故应选C 、D ．点评：分析振动过程中各物理量的变化关系时，一定要以位移为桥梁理清各物理量间的关系，位移增大时，回复力、加速度、势能均增大，速度、动量、动能均减小；位移减小时，回复力、加速度、势能均减小，速度、动量、动能均增大．各矢量均在其值为零时改变方向，如速度、动量均在最大位移处改变方向，位移、回复力、加速度均在平衡位置改变方向．。

简谐振动一、基本要求1、掌握简谐振动的定义，描述简谐振动的各物理量及其相互关系，会根据定义来判断一各物体的运动是不是简谐振动。

2、掌握简谐振动的旋转矢量表示法。

3、掌握简谐振动的基本特征，能根据一定的初始条件写出简谐振动的运动方程。

4、掌握同方向频率的两个简谐振动的合成，了解相互垂直同频率的简谐振动的合成。

二、主要内容1、简谐振动的表达式（运动方程） cos()x A t ωϕ=+三个特征量：振幅A ，决定与振动的能量；角频率ω，决定于振动系统的固有属性； 初相位ϕ，决定于振动系统初始时刻的状态。

简谐运动可以用旋转矢量来表示。

2、振动的相位：()t ωϕ+两个振动的相差：同相2k ϕπ∆=，反相(21)k ϕπ∆=+3、简谐振动的运动微粉方程：2220d x x dtω+=4、简谐振动的实例弹簧振子：220,2d x k x T dt m π+==单摆小角度振动：220,2d g T dt l θθ+==LC振荡：2210,2d q q T dt LCπ+== 5、简谐振动的能量：222111()222k P dx E E E m kx kA dt =+=+= 6、两个简谐振动的能量（1）同方向同频率的简谐振动的合成合振动是简谐振动，合振动的振幅和初相位由下式决定A =11221122sin sin tan cos cos A A A A ϕϕϕϕϕ+=+（2）相互垂直的两个同频率的简谐振动的合成合运动的轨迹一般为椭圆，其具体形状决定于两个分振动的相差和振幅。

当2k ϕπ∆=或(21)k π+时，合运动的轨迹为直线，这时质点在做简谐振动。

三、习题与解答1、两个质点各自作简谐振动，它们的振幅相同、周期相同。

第一个质点的振动方程为)cos(1ϕω+=t A x 。

某时刻当第一个质点正在平衡位置向负方向运动时，第二个质点正在最大位移处。

则第二个质点的振动方程为：（ B ）（A ）)2cos(2πϕω++=t A x （B ）)2cos(2πϕω-+=t A x（C ）)23cos(2πϕω-+=t A x （D ）)cos(2πϕω++=t A x 2、一物体做简谐振动，振幅为A ，在起始时刻质点的位移为2A-且向x 轴的正方向运动，代表此简谐振动的旋转矢量图为：（ D ）3、一质点作简谐振动，振动方程)cos(ϕω+=t A x ，当时间 t =T/4 时，质点的速度为：( C )（A ） ϕωsin A - (B) ϕωsin A （C ）ϕωcos A - （D ）ϕωcos A4、一质点作谐振动，周期为T ，当它由平衡位置向 x 轴正方向运动时，从二分之一最大位移处到最大位移处这段路程所需要的时间为（ A ）（A ）T /6（B ）T /12 （C）T /4 （D ）T /85、有两个沿x 轴做简谐运动的质点，其频率、振幅皆相同，当第一个质点自平衡位置向负方向运动时，第二个质点在处（A 为振幅）也向负方向运动，则两者的相位差（12ϕϕ-）为：（ C ）2Ax -=（A ）2π （B ）32π （C ）6π （D ）65π6、质量为10×10－3 kg 的小球与轻弹簧组成的系统，按20.1cos(8)3x t ππ=+(SI)的规律做谐振动，求：(1)振动的周期、振幅、初位相及速度与加速度的最大值；(2)最大的回复力、振动能量、平均动能和平均势能，在哪些位置上动能与势能相等？ (3)t 2＝5 s 与t 1＝1 s 两个时刻的位相差. 解：(1)设谐振动的标准方程为)cos(0φω+=t A x ，则知：3/2,s 412,8,m 1.00πφωππω===∴==T A 又 πω8.0==A v m 1s m -⋅ 51.2=1s m -⋅2.632==A a m ω2s m -⋅(2) N 63.0==ma F mJ 1016.32122-⨯==m mv E J 1058.1212-⨯===E E E k p当p k E E =时，有p E E 2=， 即)21(212122kA kx ⋅= ∴ m 20222±=±=A x (3) ππωφ32)15(8)(12=-=-=∆t t7、一个沿x 轴做简谐振动的弹簧振子，振幅为A ，周期为T ，其振动方程用余弦函数表出.如果t ＝0时质点的状态分别是：(1)x 0＝－A ；(2)过平衡位置向正向运动；(3)过2Ax =处向负向运动； (4)过x =处向正向运动.试求出相应的初位相，并写出振动方程.解：因为 ⎩⎨⎧-==000sin cos ϕωϕA v A x将以上初值条件代入上式，使两式同时成立之值即为该条件下的初位相．故有)2cos(1πππϕ+==t T A x)232cos(232πππϕ+==t T A x)32cos(33πππϕ+==t T A x)452cos(454πππϕ+==t T A x8、一质量为10×10－3 kg 的物体做谐振动，振幅为24 cm ，周期为4.0 s ，当t ＝0时位移为＋24 cm.求：(1)t ＝0.5 s 时，物体所在的位置及此时所受力的大小和方向； (2)由起始位置运动到x ＝12 cm 处所需的最短时间； (3)在x ＝12 cm 处物体的总能量. 解：由题已知 s 0.4,m 10242=⨯=-T A ∴ 1s rad 5.02-⋅==ππωT又，0=t 时，0,00=∴+=ϕA x 故振动方程为m )5.0cos(10242t x π-⨯=(1)将s 5.0=t 代入得0.17m m )5.0cos(102425.0=⨯=-t x πN102.417.0)2(10103232--⨯-=⨯⨯⨯-=-=-=πωxm ma F方向指向坐标原点，即沿x 轴负向． (2)由题知，0=t 时，00=ϕ，t t =时 3,0,20πϕ=<+=t v A x 故且 ∴ s 322/3==∆=ππωϕt (3)由于谐振动中能量守恒，故在任一位置处或任一时刻的系统的总能量均为J101.7)24.0()2(10102121214223222--⨯=⨯⨯⨯===πωA m kA E9、有一轻弹簧，下面悬挂质量为1.0 g 的物体时，伸长为4.9 cm.用这个弹簧和一个质量为8.0 g 的小球构成弹簧振子，将小球由平衡位置向下拉开1.0 cm 后，给予向上的初速度v 0＝5.0 cm·s －1，求振动周期和振动表达式. 解：由题知12311m N 2.0109.48.9100.1---⋅=⨯⨯⨯==x g m k 而0=t 时，-12020s m 100.5m,100.1⋅⨯=⨯-=--v x ( 设向上为正)又 s 26.12,51082.03===⨯==-ωπωT m k 即 m102)5100.5()100.1()(22222220---⨯=⨯+⨯=+=∴ωv x A45,15100.1100.5tan 022000πφωϕ==⨯⨯⨯=-=--即x v ∴ m )455cos(1022π+⨯=-t x10、图为两个谐振动的x －t 曲线，试分别写出其谐振动方程.题10图解：由题10图(a)，∵0=t 时，s 2,cm 10,,23,0,0000===∴>=T A v x 又πφ 即 1s rad 2-⋅==ππωT故 m )23cos(1.0ππ+=t x a 由题10图(b)∵0=t 时，35,0,2000πϕ=∴>=v A x 01=t 时，35,0,2000πϕ=∴>=v A x又 ππωϕ253511=+⨯=∴ πω65=故 m t x b )3565cos(1.0ππ+=11、有两个同方向、同频率的简谐振动，其合成振动的振幅为0.20 m ，位相与第一振动的位相差为6π，已知第一振动的振幅为0.173 m ，求第二个振动的振幅以及第一、第二两振动的位相差.解：由题意可做出旋转矢量图如下． 由图知01.02/32.0173.02)2.0()173.0(30cos 222122122=⨯⨯⨯-+=︒-+=A A A A A ∴ m 1.02=A 设角θ为O AA 1，则θcos 22122212A A A A A -+=即 01.0173.02)02.0()1.0()173.0(2cos 2222122221=⨯⨯-+=-+=A A A A A θ 即2πθ=，这说明，1A 与2A 间夹角为2π，即二振动的位相差为2π.12、试用最简单的方法求出下列两组谐振动合成后所得合振动的振幅：(1)125cos(3),375cos(3);3x t cm x t cm ππ⎧=+⎪⎪⎨⎪=+⎪⎩(2)125cos(3),345cos(3).3x t cm x t cm ππ⎧=+⎪⎪⎨⎪=+⎪⎩解： (1)∵ ,233712πππϕϕϕ=-=-=∆ ∴合振幅 cm 1021=+=A A A (2)∵ ,334πππϕ=-=∆∴合振幅 0=A13、一质点同时参与两个在同一直线上的简谐振动，振动方程为120.4cos(2),650.3cos(2).6x t m x t m ππ⎧=+⎪⎪⎨⎪=-⎪⎩试分别用旋转矢量法和振动合成法求合振动的振幅和初相，并写出谐振动方程. 解：∵ πππϕ=--=∆)65(6 ∴ m 1.021=-=A A A 合3365cos 3.06cos 4.065sin3.06sin4.0cos cos sin sin tan 22122211=+-⨯=++=ππππϕϕϕϕφA A A A ∴ 6πϕ=其振动方程为m )62cos(1.0π+=t x14、若简谐运动方程为0.10cos(200.25)()x t m ππ=+，求：（1）振幅、频率、角频率、周期和初相；（2）2t s =时的位移、速度和加速度。

简谐运动练习题一、基础题1．如图所示,是一列简谐横波在某时刻的波形图.若此时质元P正处于加速运动过程中,则此时Oy/mQx/mPNA.质元Q和质元N均处于加速运动过程中B.质元Q和质元N均处于减速运动过程中C.质元Q处于加速运动过程中,质元N处于减速运动过程中D.质元Q处于减速运动过程中,质元N处于加速运动过程中2．一质点做简谐运动,先后以相同的速度依次通过A、B两点,历时1s,质点通过B点后再经过1s又第2次通过B点,在这两秒钟内,质点通过的总路程为12cm,则质点的振动周期和振幅分别为A．3s,6cm B．4s,6cm C．4s,9cm D．2s,8cm3．一物体置于一平台上,随平台一起在竖直方向上做简谐运动,则A．当平台振动到最高点时,物体对平台的正压力最大B．当平台振动到最低点时,物体对平台的正压力最大C．当平台振动经过平衡位置时,物体对平台的正压力为零D．物体在上下振动的过程中,物体的机械能保持守恒4．一列平面简谐波,波速为20 m/s,沿x轴正方向传播,在某一时刻这列波的图象,由图可知A.这列波的周期是0.2 sB.质点P、Q此时刻的运动方向都沿y轴正方向C.质点P、R在任意时刻的位移都相同D.质点P、S在任意时刻的速度都相同5．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．振子所受回复力逐渐减小 B．振子位移逐渐减小C．振子速度逐渐减小 D．振子加速度逐渐减小6．某物体在O点附近做往复运动,其回复力随偏离平衡位置的位移变化规律如图所示,物体做简谐运动的是F F F F和B 一起在光滑水平面上做简谐运动,如图所示.振动过程中,A 与B 之间无相对运动,当它们离开平衡位置的位移为x 时,A 与B 间的摩擦力大小为A C D .././().kxB mkx M mkx m M 08．如图,一根用绝缘材料制成的轻弹簧,劲度系数为k,一端固定,另一端与质量为m 、带电荷量为＋q 的小球相连,静止在光滑绝缘水平面上的A 点．当施加水平向右的匀强电场E 后,小球从静止开始在A 、B 之间做简谐运动,在弹性限度内下列关于小球运动情况说法中正确的是A ．小球在A 、B 的速度为零而加速度相同B ．小球简谐振动的振幅为kqE 2 C ．从A 到B 的过程中,小球和弹簧系统的机械能不断增大D ．将小球由A 的左侧一点由静止释放,小球简谐振动的周期增大9．劲度系数为20N/cm 的弹簧振子,它的振动图象如图所示,在图中A 点对应的时刻A ．振子所受的弹力大小为5N,方向指向x 轴的正方向B ．振子的速度方向指向x 轴的正方向C ．在0～4s 内振子作了1．75次全振动D ．在0～4s 内振子通过的路程为0．35cm,位移为0二、提高题14、15、19题提高题10．如图甲所示,弹簧振子以O 点为平衡位置,在A 、B 两点之间做简谐运动.O 点为原点,取向左为正,振子的位移x 随时间t 的变化如图乙所示,则由图可知A. t ＝0.2s 时,振子在O 点右侧6cm 处B. t ＝1.4s 时,振子的速度方向向右C. t ＝0.4s 和t ＝1.2s 时,振子的加速度相同D. t ＝0.4s 到t ＝0.8s 的时间内,振子的速度逐渐增大11．一根用绝缘材料制成的轻弹簧,劲度系数为k,一端固定,另一端与质量为m 、带电量为+q 的小球相连,静止在光滑绝缘的水平面上,当施加一水平向右的匀强电场E 后如图所示,小球开始作简谐运动,关于小球运动有如下说法中正确的是A、球的速度为零时,弹簧伸长qE/kB、球做简谐运动的振幅为qE/kC、运动过程中,小球的机械能守恒D、运动过程中,小球动能的改变量、弹性势能的改变量、电势能的改变量的代数和为零12．一列沿x轴传播的简谐横波在某时刻波的图象如图所示,已知波速为20 m/s,图示时刻x＝2.0m处的质点振动速度方向沿y轴负方向,可以判断A．质点振动的周期为0.20s B．质点振动的振幅为1.6cmC．波沿x轴的正方向传播 D．图示时刻,x＝1.5m处的质点加速度沿y 轴正方向13．把一个小球套在光滑细杆上,球与轻弹簧相连组成弹簧振子,小球沿杆在水平方向做简谐运动,它的平衡位置为O,在A、B间振动,如图所示,下列结论正确的是．A．小球在O位置时,动能最大,加速度最小B．小球在A、B位置时,动能最大,加速度最大C．小球从A经O到B的过程中,回复力一直做正功D．小球从A经O到B的过程中,回复力一直做负功14．如图所示,物体 A置于物体 B上,一轻质弹簧一端固定,另一端与 B相连,在弹性限度范围内,A和 B一起在光滑水平面上作往复运动不计空气阻力,均保持相对静止. 则下列说法正确的是A．A和 B均作简谐运动B．作用在 A上的静摩擦力大小与弹簧的形变量成正比C．B对 A的静摩擦力对 A做功,而 A对 B的静摩擦力对 B不做功D．B对 A的静摩擦力始终对A做正功,而 A对 B的静摩擦力始终对 B做负功15．如图所示,一轻质弹簧一端固定在墙上的O点,另一端可自由伸长到B点.今使一质量为m的小物体靠着弹簧,将弹簧压缩到A点,然后释放,小物体能在水平面上运动到C 点静止,已知AC=L；若将小物体系在弹簧上,在A点由静止释放,则小物体将做阻尼振动直到最后静止,设小物体通过的总路程为s,则下列说法中可能的是A.s>LB.s=LC.s<LD.无法判断.16．如图所示,两木块A 和B 叠放在光滑水平面上,质量分别为m 和M ,A 与B 之间的最大静摩擦力为f ,B 与劲度系数为k 的轻质弹簧连接构成弹簧振子.为使A 和B 在振动过程中不发生相对滑动,则它们的振幅不能大于 ,它们的最大加速度不能大于17．弹簧振子从距离平衡位置5 cm 处由静止释放,4 s 内完成5次全振动,则这个弹簧振子的振幅为_____________cm,振动周期为_____________s,频率为_____________Hz,4 s 末振子的位移大小为_____________cm,4 s 内振子运动的路程为_____________cm,若其他条件都不变,只是使振子改为在距平衡位置 2.5 cm 处由静止释放,该振子的周期为_______s.18．如图所示,一个轻弹簧竖直固定在水平地面上,将一个小球轻放在弹簧上,M 点为轻弹簧竖直放置时弹簧顶端位置,在小球下落的过程中,小球以相同的动量通过A 、B 两点,历时1s,过B 点后再经过1s,小球再一次通过B 点,小球在2s 内通过的路程为6cm,N 点为小球下落的最低点,则小球在做简谐运动的过程中：1周期为＿＿＿；2振幅为＿＿ ；3小球由M 点下落到N 点的过程中,动能EK 、重力势能EP 、弹性势能EP ’的变化为＿＿；4小球在最低点N 点的加速度大小＿＿重力加速度g 填>、＝、<.19．如图所示,质量为m 的木块放在弹簧上,与弹簧一起在竖直方向上做简谐运动.当振幅为A 时,物体对弹簧的最大压力是物体重力的1.5倍,则： ①物体对弹簧的最小弹力是多大②要使物体在振动中不离开弹簧,振幅不能超过多大mAO BNB C O参考答案1．D解析试题分析：因为质元P 处于加速过程,所以质元P 向平衡位置运动,由此可知波沿x 轴负方向运动,所以质元Q 沿y 轴正方向运动,远离平衡位置,速度减小,质元N 沿y 轴正方向运动,靠近平衡位置,速度增大,故选项ABC 错误D 正确．考点：波的传播；简谐运动中质点的振动．2． B解析试题分析: 简谐运动的质点,先后以同样大小的速度通过A 、B 两点,则可判定这两点关于平衡位置O 点对称,所以质点由A 到O 时间与由O 到B 的时间相等,那么平衡位置O 到B 点的时间t 1=0.5s,因过B 点后再经过t=1s 质点以方向相反、大小相同的速度再次通过B 点,则有从B 点到最大位置的时间t 2=0.5s,故从平衡位置O 到最大位置的时间是1s,故周期是T=4s ；质点通过路程12cm 所用时间为2s,是周期的一半,所以路程是振幅的2倍,故振幅A=12/2cm=6cm,故选B.考点： 简谐运动的周期和振幅3．B解析本题考查的是简谐振动的相关问题,当平台振动到最低点时,物体对平台的正压力最大,B 正确；当平台振动经过平衡位置时,物体对平台的正压力为物体的重力,C 错误；物体在上下振动的过程中,物体的机械能不守恒,除了重力做功还有平台对物体做功；D 错误；4．ABD解析这列波的波长为4m,所以波的周期为==0.2s v T λ,A 正确.因为波沿x 轴正方向传播,所以P 点此时向上运动, Q 点此时向上振动,所以B 正确.只有相隔nT 周期的两个质点的位移,速度在任意时刻都相等,,所以C 错误,D 正确.5．AD解析在振子向平衡位置运动的过程中,弹簧的形变量变小,所以所受回复力逐渐减小,加速度逐渐减小,AD 对；振子相对平衡位置的位移逐渐减小,B 错；振子速度逐渐增大,C 错.6．B解析物体做简谐运动时kx F -=,所以选B.答案C解析木块A 作简谐运动时,由题意和牛顿第二定律可得：F ma =<>1将木块A 和振子B 一起为研究对象,它们作简谐运动的回复力为弹簧的弹力所提供,应有 ()kx m M a=+<>2 由<1>式和<2>式可得：F kxm m M =+/()8．C解析机械能增大,C 正确；简谐振动的周期与振幅无关,D 错误.故选C.考点：简谐振动9．B解析试题分析：由图可知A 在t 轴上方,位移x=0.25cm,所以弹力5F kx N =-=-,即弹力大小为5N,方向指向x 轴负方向,故A 错误；由图可知过A 点作图线的切线,该切线与x 轴的正方向的夹角小于90°,切线斜率为正值,即振子的速度方向指向x 轴的正方向,故B 正确；由图可看出,0t =、4t s =时刻振子的位移都是最大,且都在t 轴的上方,在0～4s 内经过两个周期,振子完成两次全振动,故C 错误；由于0t =时刻和4t s =时刻振子都在最大位移处,所以在0～4s 内振子的位移为零,又由于振幅为0.5cm,在0～4s 内振子完成了2次全振动,所以在这段时间内振子通过的路程为240.504cm cm ⨯⨯=,故D 错误.考点：简谐运动的振动图象．10．D解析试题分析：0.2t s =时,振子在O 点左侧；故A 错误；1.4s 时,振子在O 点右方正向平衡位置移动,故速度方向向左；故B 错误；0.4s 和1.2s 时振子分别到达正向和反向最大位置处,加速度大小相等,但方向相反；故C 错误；0.4s 到0.8s 内振子在向平衡位置移动,故振子的速度在增大；故D 正确；考点：考查了简谐运动的振幅、周期和频率；11．BD解析试题分析：球的平衡位置为Eq=kx,解得x= qE/k,在此位置球的速度最大,选项A 错误；球做简谐运动的振幅为qE/k,选项B 正确；运动过程中,由于电场力和弹力做功,故小球的机械能不守恒,选项C 错误；运动过程中,由于电场力和弹力做功,所以小球动能的改变量、弹性势能的改变量、电势能的改变量的代数和为零,选项D 正确.考点：动能定理及简谐振动.12．A解析试题分析：由图可知,该波的波长为 4.0m,又因为波速为20 m/s,故质点的振动周期为T=sm m v /200.4=λ=0.2s,故A 是正确的；观察图可知质点振动的振幅为0.8cm,即振幅是指质点偏离平衡位置的最大距离,故B 不对；由于x ＝2.0m 处的质点振动速度方向沿y 轴负方向,故波沿x 轴的负方向传播,C 也不对；图示时刻,x ＝1.5m 处的质点在x 轴上方,故它受到指向x 轴的力,即加速度的方向也是指向x 轴方向的,也就是沿y 轴的负方向,故D 是不对的. 考点：波与振动.13．A解析小球在平衡位置时动能最大,加速度为零,因此A 选项正确．小球靠近平衡位置时,回复力做正功；远离平衡位置时,回复力做负功．振动过程中总能量不变,因此B 、C 、D 选项不正确．14． AB解析试题分析: A 和B-起在光滑水平面上做往复运动,回复力F=-kx,故都做简谐运动．故A 正确；设弹簧的形变量为x,弹簧的劲度系数为k,A 、B 的质量分别为M 和m,根据牛顿第二定律得到整体的加速度为m M kx a +=,对A ：可见,作用在A 上的静摩擦力大小F f 与弹簧的形变量x 成正比．故B 正确；在简谐运动过程中,B 对A 的静摩擦力与位移方向相同或相反,B 对A 的静摩擦力对A 做功,同理,A 对B 的静摩擦力对B 也做功．故C 错误；当AB 离开平衡位置时,B 对A 的静摩擦力做负功,A 对B 的静摩擦力做正功,当AB 靠近平衡位置时,B 对A 的静摩擦力做正功,A 对B 的静摩擦力做负功．故D 错误.考点： 简谐运动15．BC解析分析：根据功能关系分析：第一次：物体运动到B 处时弹簧的弹性势能全部转化为物体的动能,物体的动能又全部转化为内能．第二次：若弹簧的自由端可能恰好停在B 处,也可能不停在B 处,根据功能关系分析物体运动的总路程L 与s 的关系．解答：解：设弹簧释放前具有 的弹性势能为E P ,物体所受的摩擦力大小为f ．第一次：弹簧自由端最终停在B 处,弹簧的弹性势能全部转化为内能,即E P =fs ；第二次：若最终物体恰好停在B 处时,弹簧的弹性势能恰好全部转化为内能,即有fL=E P ,得到L=s ；若物体最终没有停在B 处,弹簧还有弹性势能,则fL ＜E P ,得到L ＜s ．故选BC点评：本题根据功能关系分析物体运动的路程,此题中涉及三种形式的能：弹性势能、动能和内能,分析最终弹簧是否具有弹性势能是关键．16．kmf m M )(+ m f 解析试题分析：A 和B 在振动过程中恰好不发生相对滑动时,AB 间静摩擦力达到最大,此时振幅最大．先以A 为研究对象,根据牛顿第二定律求出加速度,再对整体研究,根据牛顿第二定律和胡克定律求出振幅．当A 和B 在振动过程中恰好不发生相对滑动时,AB 间静摩擦力达到最大．根据牛顿第二定律得：以A 为研究对象：a=m f 以整体为研究对象：kA=M+ma,联立两式得,A=kmf m M )(+ 点评：本题运用牛顿第二定律研究简谐运动,既要能灵活选择研究对象,又要掌握简谐运动的特点．基础题．17．5 0.8 1.25 5 100 0.8解析根据题意,振子从距平衡位置5 cm 处由静止开始释放,说明弹簧振子在振动过程中离开平衡位置的最大距离是5 cm,即振幅为5 cm,由题设条件可知,振子在4 s 内完成5次全振动,则完成一次全振动的时间为0.8 s,即T=0.8 s,又因为f=T1,可得频率为1.25 Hz.4 s 内完成5次全振动,也就是说振子又回原来的初始点,因而振子的位移大小为 5 cm,振子一次全振动的路程为20 cm,所以5次全振动的路程为100 cm,由于弹簧振子的周期是由弹簧的劲度系数和振子质量决定,其固有周期与振幅大小无关,所以从距平衡位置2.5 cm 处由静止释放,不会改变周期的大小,周期仍为0.8 s.18．4s ；3cm ；EK 先增大后减小,EP 减少,EP’ 增加；＝.解析1小球以相同动量通过A 、B 两点,由空间上的对称性可知,平衡位置O 在AB 的中点；再由时间上的对称性可知,tAO=tBO=0.5s, tBN = tNB =0.5s,所以tON ＝tOB ＋tBN ＝1s,因此小球做简谐运动的周期T ＝4tON=4s.2小球从A经B到N再返回B所经过的路程,与小球从B经A到M再返回A所经过的路程相等.因此小球在一个周期内所通过的路程是12cm,振幅为3cm.3小球由M点下落到N点的过程中,重力做正功,重力势能减少；弹力做负功,弹性势能增加；小球在振幅处速度为零,在平衡位置处速率最大,所以动能先增大后减小.4M点为小球的振幅位置,在该点小球只受重力的作用,加速度为g,方向竖直向下,由空间对称性可知,在另一个振幅位置N点小球的加速度大小为g,方向竖直向上.19．0.5mg, 2A解析试题分析：1当振幅为A时,物体对弹簧的最大压力是物体重力的1.5倍,此刻应该是在最低处,根据受力分析知道,此刻受力为弹力、重力,方向向上.此刻合外力谐振动的特点,在最高点的加速度应为0.5g,方向向下.所以所以F=0.5mg,且为支持力.2要使物体不能离开弹簧,则在最高点弹力为零,加速度为g,方向向下,根据对称性,在最低处的加速度也为g,方向向上,此刻弹力为kx=2mg,此刻合外力为F=mg,因此此刻的振幅为2A.考点：简谐振动点评：本题通过简谐振动的对称性,求出最低处、最高处的加速度,通过对称性分析出最大或最小弹力位置.通过对称性解决问题.。

简谐运动·典型例题精析[例题1] 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(v≠0)相同，那么，下列说法正确的是[] A．振子在M、N两点受回复力相同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[思路点拨]建立弹簧振子模型如图9－1所示．由题意知，振子第一次先后经过M、N两点时速度v相同，那么，可以在振子运动路径上确定M、N两点，M、N两点应关于平衡位置O对称，且由M运动到N，振子是从左侧释放开始运动的(若M点定在O点右侧，则振子是从右侧释放的)．建立起这样的物理模型，这时问题就明朗化了．[解题过程] 因位移、速度、加速度和回复力都是矢量，它们要相同必须大小相等、方向相同．M、N两点关于O点对称，振子回复力应大小相等、方向相反，振子位移也是大小相等，方向相反．由此可知，A、B选项错误．振子在M、N两点的加速度虽然方向相反，但大小相等，故C选项正确．振子由M→O速度越来越大，但加速度越来越小，振子做加速运动，但不是匀加速运动．振子由O→N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．由以上分析可知，该题的正确答案为C．[小结] (1)认真审题，抓住关键词语．本题的关键是抓住“第一次先后经过M、N两点时速度v相同”．(2)要注意简谐运动的周期性和对称性，由此判定振子可能的路径，从而确定各物理量及其变化情况．(3)要重视将物理问题模型化，画出物理过程的草图，这有利于问题的解决．[例题2]一质点在平衡位置O附近做简谐运动，从它经过平衡位置起开始计时，经0.13 s质点第一次通过M点，再经0.1s第二次通过M点，则质点振动周期的可能值为多大？[思路点拨]将物理过程模型化，画出具体的图景如图9－2所示．设质点从平衡位置O向右运动到M点，那么质点从O到M运动时间为0.13 s，再由M经最右端A返回M经历时间为0.1 s；如图9－3所示．另有一种可能就是M点在O点左方，如图9－4所示，质点由O点经最右方A点后向左经过O点到达M点历时0.13 s，再由M向左经最左端A′点返回M历时0.1 s．根据以上分析，质点振动周期共存在两种可能性．[解题过程]如图9－3所示，可以看出O→M→A历时0.18 s，根据简谐运动的对称性，可得到T1＝4×0.18=0.72 s．另一种可能如图9－4所示，由O→A→M历时t1=0.13 s，由M→A′历时t2=0.05 s．设M→O历时t，则4(t＋t2)=t1＋2t2＋t．解得t=0.01 s，则T2=4(t＋t2)＝0.24 s．所以周期的可能值为0.72 s和0.24 s．[小结] (1)本题涉及知识有：简谐运动周期、简谐运动的对称性知识．(2)本题的关键是：分析周期的可能性，弄清物理图景．(3)解题方法：将物理过程模型化、分段分析、讨论．[例题3]甲、乙两弹簧振子，振动图象如图9－5所示，则可知[]A．两弹簧振子完全相同B．两弹簧振子所受回复力最大值之比F甲∶F乙=2∶1C．振子甲速度为零时，振子乙速度最大D．振子的振动频率之比f甲∶f乙=1∶2[思路点拨] 观看图象，从图象上尽可能多地获取信息，从图象中能看出甲、乙弹簧振子的振幅、周期，并与物理模型相联系，通过对模型的分析并结合图象，选出正确选项．[解题过程] 从图象中可以看出，两弹簧振子周期之比T甲∶T乙=2∶1，得频率之比f甲∶f乙=1∶2，D正确．弹簧振子周期与振子质量、弹簧劲度系数k有关，周期不同，说明两弹簧振子不同，A错误．由于弹簧的劲度系数k不一定相同，所以两振子受回复力(F=kx)的最大值之比F甲∶F乙不一定为2∶1，所以B错误，对简谐运动进行分析可知，在振子到达平衡位置时位移为零，速度最大；在振子到达最大位移处时，速度为零，从图象中可以看出，在振子甲到达最大位移处时，振子乙恰到达平衡位置，所以C正确．答案为C．D．[小结] (1)图象法是物理问题中常见的解题方法之一，是用数学手段解决物理问题能力的重要体现．应用图象法解物理问题要明确图象的数学意义，再结合物理模型弄清图象描述的物理意义，两者结合，才能全面地分析问题．(2)本题中涉及知识点有：振幅、周期、频率、影响周期的因素、简谐运动在特殊点的速度、回复力、简谐运动的对称性等．(3)分析本题的主要方法是数与形的结合(即图象与模型相结合)分析方法．[例题4]在下列情况下，能使单摆周期变小的是[] A．将摆球质量减半，而摆长不变B．将单摆由地面移到高山C．将单摆从赤道移到两极D．将摆线长度不变，换一较大半径的摆球单摆的振动周期，只与摆长、当地的重力加速度有关，而与其他因素无关．当单摆的某些物理量发生变化时，只要摆长、重力加速度不变，单摆振动周期则不变．为摆长l和重力加速度g．当摆球质量减半时摆长未变，周期不变；当将单摆由地面移到高山时，g值变小，T变大；当单摆从赤道移到两极时g 变大，T变小；当摆线长度不变，摆球半径增大时，摆长l增大，T变大．所以选C．本题答案为C．[小结] (1)本题涉及单摆周期公式、影响单摆周期的因素、影响重力加速度的因素等知识．(2)抓住各知识点间的联系，进行推理分析是顺利解决本题的关键．[例题5] 高楼顶上吊下一根长绳，给你一块秒表，一把只有几米长的米尺，一个带钩的重球，你能否量出楼高？[思路点拨] 本题中虽给出米尺，但却不便测绳的(楼高)长度，而用秒表、重球来测楼高，与我们所学知识相联系，可想到利用单摆周期公式测摆长的方法，在重力加速度未知时，可采用变换摆长测两个周期值的方法，在计算中消去g，即可得到摆长，进而知道楼高．[解题过程] (1)设绳长l1，将重球挂在绳的端点，让其摆动，测得周期T1(实际上需测得摆动N次全振动所需时间t，T1＝t/N)．(2)将重球挂在绳的另一位置，这时摆长为l2，用米尺量出摆长变化Δl，则Δl=l1－l2，让摆球摆动，测得此时周期为T2．所以得由此测得绳长，也就测得楼高．[小结] 从秒表、重球进而联系到长度，这是一个逆向思维过程，这需要有较扎实的基础知识和较灵活的思维能力才可，在平时训练中，我们应加强知识在实际中的灵活运用．提高我们分析问题和解决问题的能力．[例题6]在海平面校准的摆钟，拿到某高山山顶，经过t时间，发现表的示数为t′，若地球半径为R，求山的高度h(不考虑温度对摆长的影响)．[思路点拨] 由钟表显示时间的快慢程度可以推知表摆振动周期的变化，而这种变化是由于重力加速度的变化引起的，所以，可以得知由于高度的变化引起的重力加速度的变化，再根据万有引力公式计算出高度的变化，从而得出山的高度．一般山的高度都不是很高(与地球半径相比较)，所以，由于地球自转引起的向心力的变化可以不考虑，而认为物体所受向心力不变且都很小，物体所受万有引力近似等于物体的重力．[解题过程] (1)设在地面上钟摆摆长l，周期为T0，地面附近重力加速度g，拿到高山上，摆振动周期为T′，重力加速度为g′，应有(2)在地面上的物体应有在高山上的物体应有得[小结] (1)本题涉及知识点：单摆的周期及公式，影响单摆周期的因素，万有引力及公式，地面附近重力与万有引力关系等．(2)解题关键：抓住影响单摆周期的因素g，找出g的变化与t变化的关系，再根据万有引力知识，推出g变化与高度变化关系，从而顺利求解．。

《简谐运动》典型案例分析《简谐运动》典型案例分析人类生活在运动的世界里,振动就是其中一种较为常见的形式,如图所示的钟表利用了钟摆的振动进行计时,蹦极运动的运动员利用弹性绳沿竖直方向上下运动,琴弦的振动让人们欣赏到优美的音乐,地震可能会给人类带巨大的灾难……振动现象比比皆是,与我们的生活密切相关。

因此,认识并理解振动,掌握物体振动的规律很有必要。

振动的物体千姿百态,各物体的振动情况也不尽相同,不可能对所有物体的振动规律全部描述一遍,但我们仍用研究问题的基本方法研究振动——将复杂的振动看成几个简单振动的合振动。

在本中,我们着重分析两种最简单的振动模型,学习如何描述振动,掌握两种简单振动模型所具有的性质。

时111简谐运动1知道什么是弹簧振子,领会弹簧振子是理想化模型。

2通过观察和分析,理解简谐运动的位移—时间图象是一条正弦曲线。

3经历对简谐运动的运动学特征的探究过程,加深领悟用图象描绘运动的方法。

重点难点:理解简谐运动的概念,理解简谐运动位移—时间图象的意义。

教学建议:对于本节的教学,首先通过学生身边和生活中实际的例子引出振动的概念;而后按从简单到复杂、从特殊到一般的思路,从运动学的角度认识弹簧振子,通过演示实验得出弹簧振子的振动图象;再通过数据分析揭示出弹簧振子的位移—时间图象是正弦曲线,然后从其运动学特征给出简谐运动的定义,并进一步引导学生认识简谐运动是一种较前面所学的直线运动、曲线运动更复杂的机械运动;最后回归生活和应用举例,使学生知道机械振动是一种普遍的运动形式。

导入新:随着社会经济的发展,我国高层建筑与超高层建筑越越多。

高层建筑受地面震动和风力的影响较大,其力学稳定性很重要。

建筑受到风荷载的作用,高度增加,横向振幅增大。

例如,100层建筑横向振幅达1 左右。

从本节开始,我们要学习物体振动所遵循的规律。

1弹簧振子(1)平衡位置:做往复运动的物体原①静止时的位置叫作平衡位置。

(2)机械振动:物体(或者物体的一部分)在②平衡位置附近所做的③往复运动,叫作机械振动,简称④振动。

2017-2018学年度人教版必修3-4� 11.1简谐运动作业（1）1．下列四幅图的有关说法正确的是A．由图甲中两个简谐运动的图像可知，它们的相位差为或者πB．在图乙中，当球与横梁之间存在摩擦时，球的振动不是简谐运动C．由图丙可知，频率相同的两列波叠加时，某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱D．如图丁所示，当简谐波向右传播时，质点A此时的速度沿y轴正方向2．某质点做简谐运动，其位移随时间变化的关系式为，则下列关于质点运动的说法中正确的是A．质点做简谐运动的振幅为5cmB．质点做简谐运动的周期为4sC．在t＝4s时质点的速度最大D．在t＝4s时质点的位移最大3．图是一水平弹簧振子做简谐振动的振动的振动图像(x-t图),由图可推断,振动系统( ).A. 在t1和t2时刻具有相等的动能和相同的动量B. 在t3和t4时刻具有相等的势能和相同的动量C. 在t4和t6时刻具有相同的位移和速度D. 在t1和t6时刻具有相同的速度和加速度4．一列横波沿x轴正向传播,a､b､c､d为介质中沿波传播方向上四个质点的平衡位置.某时刻的波形如图甲所示,此后,若经过34周期开始计时,则图乙描述的是( )A. a处质点的振动图象B. b处质点的振动图象C. c处质点的振动图象D. d处质点的振动图象5．如图所示,一轻弹簧与质量为m的物体组成弹簧振子,物体在同一条竖直线上的A､B 间做简谐运动,O为平衡位置,C为AO的中点,已知OC=h,振子的周期为T,某时刻物体恰好经过C点并向上运动,则从此时刻开始的半个周期时间内,下列说法错误的是( )A.重力做功2mghB.重力的冲量大小为mgT/2C.合外力的冲量为零D.合外力做功为零6．如图所示,质量分别为m A=2 kg和m B=3 kg的A､B两物块,用劲度系数为k的轻弹簧相连后竖直放在水平面上,今用大小为F=45 N的力把物块A向下压而使之处于静止,突然撤去压力,则( )A.物块B有可能离开水平面B.物块B不可能离开水平面C.只要k足够小,物块B就可能离开水平面D.只要k足够大,物块B就可能离开水平面7．如图所示,物体A放在物体B上,B与弹簧相连,它们在光滑水平面上一起做简谐运动,当弹簧伸长到最长时开始记时(t=0),取向右为正方向,A所受静摩擦力f随时间t变化的图象正确的是( )8．(2011年泉州检测)劲度系数为20 N/cm 的弹簧振子，它的振动图象如图11－1－13所示，在图中A 点对应的时刻( )图11－1－13A ．振子所受的弹力大小为0.5 N ，方向指向x 轴的正方向B ．振子的速度方向指向x 轴的正方向C ．在0～4 s 内振子做了1.75次全振动D ．在0～4 s 内振子通过的路程为0.35 cm ，位移为09．（2011·温州模拟)如图所示为一弹簧振子的振动图象,试完成以下问题:(1)写出该振子简谐运动的表达式.(2)在第2 s 末到第3 s 末这段时间内,弹簧振子的加速度、速度、动能和弹性势能各是怎样变化的？(3)该振子在前100 s 的总位移是多少?路程是多少?10．（2010·全国卷Ⅰ·21）一简谐振子沿x 轴振动，平衡位置在坐标原点。

11.1简谐运动课时作业（含解析)1．质点运动的位移x 与时间t 的关系如图所示，其中不属于机械振动的是A．B．C．D．2．图甲所示为以O点为平衡位置、在A、B两点间做简谐运动的弹簧振子，图乙为这个弹簧振子的振动图象，由图可知下列说法中正确的是A．在t＝0.2s时，弹簧振子运动到O位置B．在t＝0.1s与t＝0.3s两个时刻，弹簧振子的速度相同C．从t＝0到t＝0.2s的时间内，弹簧振子的动能持续地减小D．在t＝0.2s与t＝0.6s两个时刻，弹簧振子的加速度相同3．如图所示是一弹簧振子在水平面做简谐运动的图像，那么振动系统在( )A．t3 和t5具有相同的动能和动量B．t3 和t4具有相同的动能和不同的动量C．t2 和t5时刻振子所受的回复力大小之比为2:1D．t1 和t4时刻具有相同的加速度和速度4．如图是一弹簧振子做简谐运动的图像，下列说法中正确的是（）A．质点振动的振幅为2cmB．质点振动的频率为4HzC．在2s末，质点的加速度最大D．在2s末，质点的速度最大5．一个质点做简谐运动的图象如图所示，下列说法正确的是（）A．质点振动的频率为4 HzB．在10 s内质点经过的路程是20 cmC．在5 s末，质点的速度为零，加速度最大D．t＝1.5 s和t＝2.5 s两个时刻质点的位移和速度方向都相反E.t＝1.5 s和t＝4.5 s两时刻质点的位移大小相等，都是2cm6．某弹簧振子做周期为T的简谐运动,t时刻与t+△t时刻速度相同,已知△t<T,下列说法正确的是A．t时刻与t+△t时刻位移相同B．t时刻与t+△t时刻加速度大小相等,方向相反C．可能△t>T/4D．可能△t<T/4E. 一定△t>T/27．质点以O为平衡位置，在A、B间作简谐振动，以下说法中错误的是( )A．质点离开平衡位置O作匀减速运动B．质点通过O点时，加速度方向发生改变C．回复力的方向总跟质点的速度方向相反D．质点在A和B处的加速度为零8．如图所示，一列简谐横波在x轴上传播，图甲和图乙分别为x轴上a、b两质点的振动图象，且x ab="6m." 下列判断正确的是（）A．波一定沿x轴正方向传播B．波长可能是8m9．如图甲为竖直弹簧振子，物体在A、B之间做简谐运动，O点为平衡位置，A点为弹簧的原长位置，从振子经过A点时开始计时，振动图象如图乙所示，下列说法正确的是A．t=1s时，振子加速度最大B．t=2s时，弹簧弹性势能最大C．t=1s和t=2s两个时刻，弹簧弹性势能相等D．t=3s时，振子经过O点向上运动E.t=4s时，振子加速度大小为g10．如图甲所示，一轻质弹簧一端固定，另一端与可视为质点的滑块相连，滑块在A′A 之间做往复运动，不计一切摩擦。

2020-2021学年物理人教版（2019）选择性必修第一册教案：2.1简谐运动含解析机械振动__1简谐运动一、弹簧振子及其位移—时间图像1．弹簧振子（1）平衡位置:振子原来静止时的位置．（2)机械振动：我们把物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动称为机械振动，简称振动．(3)弹簧振子：它是小球和弹簧组成的系统的名称，是一个理想化模型．2．弹簧振子的位移—时间图像建立坐标系：以小球的平衡位置为坐标原点O,沿着它的振动方向建立坐标轴．小球在平衡位置右边时它对平衡位置的位移为正，在左边时为负．如图所示，把一个有孔的小球装在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球穿在光滑杆上能够自由滑动，把小球拉向右方,然后放开，小球将如何运动？它的运动有什么特点？提示：小球做往复运动，其运动具有周期性和对称性．其位移随时间周期性变化，其加速度、速度也随时间周期性变化．二、简谐运动及其图像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．弹簧振子中小球的运动就是简谐运动．如图所示为某弹簧振子的振动图像,它是一条正弦曲线．有的同学说既然其振动图像是正弦曲线，那么其运动轨迹也应该是正弦曲线,结合水平方向的弹簧振子讨论一下，这种说法对吗?为什么？提示:不对，因为振动图像不是运动轨迹，而是振子相对于平衡位置的位移随时间的变化规律,如图所示，水平方向的弹簧振子振动时,振子在A′—O—A之间往复运动，则其运动轨迹是线段A′A.考点一弹簧振子1．平衡位置：做往复运动的物体能够静止的位置．2．机械振动：物体在平衡位置附近所做的往复运动，是一种机械振动，简称振动．振动的轨迹可能是直线，也可能是曲线．3．弹簧振子（1）构造：用一根没有质量的弹簧一端固定,另一端连接一个可视为质点的小球．如右图所示．弹簧振子是小球和弹簧所组成的系统的名称，但有时也把其中的小球称为弹簧振子或简称振子.(2)弹簧振子的特点质量弹簧质量比小球质量小得多，可以认为质量只集中于振子(小球)上体积弹簧振子中与弹簧相连的小球的体积要足够小，可以认为小球是一个质点阻力在振子振动过程中，忽略弹簧与小球受到的各种阻力弹簧振子的平衡位置，一定在弹簧的原长位置吗?不一定．如图所示，用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动,其振动的平衡位置不在弹簧的原长位置,而是在弹力与重力的合力为零的位置．【例1】(多选)下列说法正确的是（）A．做简谐运动的物体一定做机械振动B．机械振动就是简谐运动C．简谐运动就是弹簧振子的运动D．简谐运动是机械振动中最基本的一种【审题指导】1．什么是机械振动?2．什么是简谐运动？3．机械振动与简谐运动有什么联系？【解析】简谐运动是机械振动的一种最基本的振动形式．振动物体的位移—时间图像遵从正弦函数规律的振动形式，都是简谐运动，弹簧振子的振动只是简谐运动中的一种，故A、D正确，C错误;做简谐运动的物体一定做机械振动，但机械振动不一定都是简谐运动，如果位移—时间图像不满足正弦规律，则不是简谐运动，故B错误．【答案】AD关于机械振动的位移和平衡位置，以下说法正确的是（B）A．平衡位置就是物体振动范围的中心位置B．机械振动的位移总是以平衡位置为起点的位移C．机械振动的物体运动的路程越大，发生的位移也越大D．机械振动的位移是指振动物体偏离平衡位置最远时的位移解析:平衡位置是物体可以静止的位置，所以应与受力有关，与是否为振动范围的中心位置无关,所以选项A不正确;振动位移是以平衡位置为起点，到质点所在位置的有向线段，振动位移随时间而变化,振子偏离平衡位置最远时，振动位移最大，所以选项C、D不正确,只有选项B正确．考点二弹簧振子的位移—时间图像1．弹簧振子的位移(1）振子在某时刻的位移：从平衡位置指向振子在该时刻位置的有向线段．若规定振动质点在平衡位置右侧时位移为正，则它在平衡位置左侧时位移为负．(2)振子在某段时间内的位移：由初位置指向末位置的有向线段．（3)振子在某时刻的位移与在某段时间内的位移的区别：振子在某时刻的位移方向总是背离平衡位置．如图所示，振子在AA′之间振动，O为平衡位置，t1时刻振子在M点的位移为x M,t2时刻振子在N点的位移为x N，而振子在Δt＝t2－t1时间内的位移为x MN,方向如上图所示．通常说的振子的位移是指某时刻的位移，即振子相对平衡位置的位移.因此在研究振动时，字母x具有双重含义：它既表示小球的位置坐标，又表示振子在某时刻的位移。

2.1简谐运动同步练习一、单选题1．（2021·全国·高二课时练习）下列运动属于机械振动的是（）①乒乓球在地面上的自由来回上下运动①弹簧振子在竖直方向的上下运动①秋千在空中的来回运动①竖立于水面上的圆柱形玻璃瓶的上下运动A．①①B．①①C．①①D．①①①①【答案】D【详解】机械振动的特点是物体在平衡位置附近做往复运动，ABC错误，D正确。

故选D。

2．（2021·北京市玉渊潭中学高二期中）关于简谐运动的位移、速度、加速度的关系，下列说法中正确的是（）A．位移减小时，加速度增大，速度也增大B．位移方向总跟加速度方向相反，跟速度方向相同C．物体向平衡位置运动时，速度方向跟位移方向相反D．物体向平衡位置运动时，做匀加速运动【答案】C【详解】A．位移减小时，加速度减小，速度增大。

A错误；B．根据回复力公式可知，位移方向总跟加速度方向相反，跟速度方向可以相同，也可以相反。

B错误；C．物体向平衡位置运动时，速度方向跟位移方向相反，C正确；D．物体向平衡位置运动时，做加速度减小的加速运动。

D错误。

故选C。

3．（2021·全国·高二课时练习）一个质点做简谐运动的图像如图所示，下列说法不正确的是（）A．在10 s内质点经过的路程是20 cmB．在5 s末，质点的速度为零C．t=1.5 s和t=2.5 s两个时刻质点的位移和速度方向都相反D．t=1.5 s和t=4.5 s cm【答案】C【详解】A．由题图可知1s的路程为2cm，则10s内质点经过的路程为20cm，A正确，不符合题意；B．5s末，质点运动至最大位移处，速度为零，B正确，不符合题意；C．t=1.5s和t=2.5s两个时刻的位移方向相反，但速度方向相同，C错误，符合题意；D．题图对应的函数关系为2sin(cm)2sin(cm)2x A t tTππ==代入数据t=1.5s和t=4.5s cm，D正确，不符合题意。

⾼考简谐运动及其图像全解读图1 教案9-1 简谐运动⼀、教学⽬标：1．知道机械振动是物体机械运动的另⼀种形式。

知道机械振动的概念。

2．知道什么是简谐运动，理解间谐运动回复⼒的特点。

3．理解简谐运动在⼀次全振动过程中加速度、速度的变化情况。

4．知道简谐运动是⼀种理想化模型，了解简谐运动的若⼲实例，知道判断简谐运动的⽅法以及研究简谐运动的意义。

5．培养学⽣的观察⼒、逻辑思维能⼒和实践能⼒。

⼆、教学重点：简谐运动的规律三、教学难点：简谐运动的运动学特征和动⼒学特征四、教学⽅法：实验演⽰和多媒体辅助教学五、教具：轻弹簧和⼩球，⽔平弹簧振⼦，⽓垫式弹簧振⼦，⾃制CAI 课件，计算机，⼤屏幕六、教学过程（⼀）新课引⼊【演⽰】演⽰图1所⽰实验，在弹簧下端挂⼀个⼩球，拉⼀下⼩球，引导学⽣注意观察⼩球的运动情况。

（培养学⽣观察实验的能⼒）提问学⽣：⼩球的运动有哪些特点？（引发思考，激发兴趣）学⽣讨论，然后请⼀位学⽣归纳。

（培养学⽣表达能⼒）师⽣共同分析后，抓住“中⼼两侧”和“往复性”两个基本特征，得出“机械振动”的概念。

师⽣⼀起列举⽣活中有关振动的例⼦，增强感性认识，进⼀步提出，“研究振动要从最简单、最基本的振动⼊⼿，这就是简谐运动”。

（这实际上是交给学⽣⼀种研究问题的⽅法）（⼆）进⾏新课图21、简谐运动的特点【演⽰】演⽰⽔平弹簧振⼦（⼩球）的振动和⽓垫式弹簧振⼦（滑块）的振动（提醒学⽣注意观察他们振动的时间），（建⽴理想模型概念，隐含振动产⽣的条件。

）说明：⼩球和滑块质量相同，连接的弹簧也相同（为避免这些因素对问题分析的⼲扰）。

提出问题（由学⽣思考回答）①、⼩球和滑块谁振动的时间长？为什么？（观察结果，滑块⽐⼩球振动时间长。

原因是⼩球受摩擦阻⼒较⼤，滑块受到的阻⼒⼩。

）②、如果⼩球受到更⼤的摩擦阻⼒，其结果如何？（振动时间更短，甚⾄不振动。

）③、如果把滑块和⼩球受到的阻⼒忽略不计，弹簧的质量⽐滑块和⼩球的质量⼩得多，也忽略不计，其结果如何？（滑块和⼩球将持续振动。

高考物理简谐运动专题同步练习题（附解析）如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x-t图像)是一条正弦曲线。

小编准备了简谐运动专题同步练习题，具体请看以下内容。

1.做简谐运动的质点，先后经过同一点时，下列物理量哪些是不同的( )A.速度B.加速度C.位移 D .动能2.某个弹簧振子在水平方向上做简谐运动，下列说法中正确的是( )A.该振子的加速度和位移大小成正比，方向相反B.该振子的加速度和位移大小成正比，方向相同C.该振子做非匀变速运动D .该振子做匀变速运动3.弹簧振子做简谐运动时，下列说法中正确的是( )A.若位移为负值，则速度一定为正值B.振子通过平衡位置时，速度为零，加速度最大C.振子每次通过平衡位置时，加速度相同，速度也相同D.振子通过同一位置时，速度不一定相同，但加速度一定相同4.如图，一水平弹簧振子，O为平衡位置，振子在B、C之间做简谐运动，设向右为正方向，则振子( )A.由C向O运动时，位移为正值，速度为正值，加速度为正值B.由O向B 运动时，位移为正值，速度为正值，加速度为负值C.由B 向O运动时，位移为负值，速度为正值，加速度为负值D.由 O向C运动时，位移为负值，速度为负值，加速度为正值5.水平方向做简谐运动的物体偏离平衡位置的位移为X，速度为V，加速度为a，则( )A.X与V同向时，物体加速B.X与V反向时，物体加速C.V与a同向时，位移变大，D.V与a反向时，位移变大6.关于水平方向上做简谐运动的弹簧振子的位移，加速度和速度间的关系，下列说法中正确的是( )A.位移减小时，加速度减小，速度增大B.位移的方向总是跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同C.振子的运动方向指向平衡位置时，速度的方向跟位移方向相同D.振子的运动方向改变时，加速度的方向也改变7.如图，若水平弹簧振子在B、C间做简谐运动，O点为平衡位置，则( )A.振子在经过O 点时速度最大，回复力也最大B.振子在经过O 点时速度最大，回复力为零C.振子在由C点向O 点运动的过程中，回复力逐渐减小，加速度却逐渐增大D.振子在由O 点向B点运动的过程中，弹性势能逐渐增大，加速度却逐渐减小8.若做简谐运动的弹簧振子的振幅是A，最大加速度的值为am，则在位移X=A/2处振子的加速度值a= 。