@11.1 简谐运动@@@@@@@@@@@

简谐运动知识点总结公式：1振动的两个条件：（1）平衡位置。

（2）往复运动。

2弹簧振子模型：（1）不计一切阻力。

（2）轻弹簧。

（3）记忆结论：平衡位置速度最大，加速度为零，最大位移处速度为零，加速度最大。

靠近平衡位置速度增大，加速度减小。

（4）竖直弹簧振子运动过程分析。

3简谐运动的位移和路程：（1）某时刻的位移是指某时刻的位置相对于平衡位置的位移，如第三秒末的位移。

有正负（2）某段时间内的位移是指该段时间内末位置相对于初位置的位移，它是矢量，有正负。

如第三秒内的位移。

（3）某时间的路程是指该段时间内运动轨迹的长度，是标量。

如第三秒内的路程。

（4）理解记忆结论：简谐运动一个周期内的路程为四倍振幅，半个周期内的路程一定是二倍振幅。

四分之一周期内的路程可能大于小于等于一倍振幅。

（5）如何计算t内的路程。

4简谐运动的周期性和对称性结论：（1）一个周期初末位置重合，且速度矢量一定相同。

N 个周期呢？（2）半个周期初末位置一定关于平衡位置对称，且速度矢量等大反向。

半个周期的奇数倍呢？半个周期的偶数倍呢？若初末位置一定关于平衡位置对称，且速度矢量等大反向，则时间是否一定是半个周期？为什么？记忆上述正确结论。

5简谐运动过程结论：（1）a,F同向且与X方向相反。

(2)位移增大，回复力增大，加速度增大，势能增大，动能减小，速度减小。

（记忆）6简谐运动的回复力是效果力单独一个力，多个力的合力，某个力的分力均可提供回复力。

简谐运动物体平衡位置回复力一定为零，但合力不一定为零，例如单摆。

单摆回复力来源为重力沿切向的分力，但不是重力和拉力的合力。

（理解记忆）7利用实验测定重力加速度的注意事项；（1）摆线细轻且不可伸长的1米左右的线。

（2）摆球为质量大一些，体积小一些的实心球。

（3）摆长为摆线长加摆球直径的一半。

（4）测周期时，多次测量求平均值。

且计时一定从平衡位置开始计时。

T=t/n,n为全振动的次数。

（5）变摆长法（利用图象）测重力加速度。

第一章：机械振动钟摆的运动给人们提供了一种计时的方法，共振筛的运用提高了人们的劳动效率，车箱与车轴间的减振板使车辆的运动更加平稳，声带的振动可使我们通过语言交流思想感情，地震则可能给人类带来巨大的灾难.振动是一把双刃剑，由此可见学习机械振动的重要性.振动是一种运动的形式，并不仅仅局限于力学，在电学中同样有它的身影，这在3－2教材中已经有过体现，通过本章的学习你将融会贯通.1.1 简谐运动1.※知道简谐运动的概念2.※理解简谐运动的位移时间图象，并能解决相关问题振动现象在自然界中广泛存在.钟摆的摆动、水中浮标的上下浮动、担物体行走时扁担下物体的颤动、树梢在微风中的摇摆等都是振动，振动与我们的生活密切相关.那么我们应怎样研究振动呢？一.机械振动(1)定义：物体(或物体的一部分)在某一中心位置附近的往复运动，叫机械振动，简称振动.(2)特征：第一，有一个“中心位置”，即平衡位置，也是振动物体静止时的位置；第二，运动具有往复性.二.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.弹簧的质量比小球的质量小得多，可以认为质量集中于振子(小球)；与弹簧振子相连的小球体积足够小，可以认为小球是一个质点；忽略弹簧以及小球与水平杆之间的摩擦力；小球从平衡位置拉开的位移在弹性限度内.2.弹簧振子的振动图象：如图所示，在弹簧振子的小球上安置一记录用的毛笔P，在下面放一白纸带，当小球振动时沿垂直于振动方向匀速拉动纸带，毛笔P就在纸带上画出一条振动曲线，此曲线有什么特征？为什么？(1)形状：正(余)弦曲线，如图所示.(2)物理意义：表示振动的质点在不同时刻偏离平衡位置的位移，是位移随时间的变化规律.(3)获取信息：①任意时刻质点的位移的大小和方向.如下图所示，质点在t1、t2时刻的位移分别为x1和－x2.②任意时刻质点的振动方向：看下一时刻质点的位置，如下图中a点，下一时刻离平衡位置更远，故a此刻向上振动.c点，下一时刻离平衡位置更远，故c此刻向下振动.③任意时刻质点的速度、加速度、位移的变化情况及大小比较：看下一时刻质点的位置，判断是远离还是靠近平衡位置，若远离平衡位置，则速度越来越小，加速度、位移越来越大，若靠近平衡位置，则速度越来越大，加速度、位移越来越小，如图中b，从正位移向着平衡位置运动，则速度为负且增大，位移、加速度正在减小，c从负位移远离平衡位置运动，则速度为负且减小，位移、加速度正在增大.3.简谐运动(1)定义：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象(x－t图象)是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动.(2)特点：①简谐运动是最基本、最简单的振动.②简谐运动的位移随时间按正弦规律变化，所以它不是匀变速运动，是变力作用下的变加速运动.弹簧上端固定在O 点，下端连接一小球，组成一个振动系统，如图所示，用手向下拉一小段距离后释放小球，小球便上下振动起来，下列说法正确的是( )A.小球运动的最低点为平衡位置B.弹簧原长时的位置为平衡位置C.球速为零的位置为平衡位置D.小球原来静止时的位置为平衡位置解析：平衡位置是振动系统不振动，振子受力平衡时所处的位置，此时弹簧处于伸长状态，故D 正确，B 错误；球在平衡位置两侧做往复运动，运动到最低点和最高点时球速都为零，但这两点并不是平衡位置，故A 、C 错误. 答案：D如图所示的弹簧振子，O 点为它的平衡位置，当振子m 离开O 点，再从A 点运动到C 点时，振子离开平衡位置的位移是( )A.大小为OC ，方向向左B.大小为OC ，方向向右C.大小为AC ，方向向左D.大小为AC ，方向向右 答案：B解析：振子离开平衡位置，以O 点为起点，C 点为终点，位移大小为OC ，方向向右.如图甲所示，弹簧振子以点O 为平衡位置，在A 、B 两点之间做简谐运动.取向右为正方向，振子的位移x 随时间t 的变化如图乙所示，下列说法正确的是( )A.t ＝0.4s 时，振子的速度方向向右B.t ＝0.8s 时，振子在O 点和B 点之间C.t ＝0.6s 和t ＝1.2s 时刻，振子的速度完全相同D.t ＝1.5s 到t ＝1.8s 的时间内，振子的加速度逐渐减小 答案：D解析：t ＝0.4s 时，振子的速度向左，A 错误；t ＝0.8s 时，振子在OA 之间，B 错；t ＝0.6s 和t ＝1.2s 时刻振子的速度方向相反，C 错；t ＝1.5s 到t ＝1.8s 时间内振子从B 运动到O ，加速度逐渐减小，D 正确.一弹簧振子沿x 轴在[－4,4]区间振动，振子的平衡位置在x 轴上的O 点.图1中的a 、b 、c 、d 为即学即用4个不同的振动状态：黑点表示振子的位置，黑点上的箭头表示运动的方向.图2给出的①②③④4条振动图线，可用于表示振子的振动图象.则()A.若规定状态a时t＝0，则图象为①B.若规定状态b时t＝0，则图象为②C.若规定状态c时t＝0，则图象为③D.若规定状态d时t＝0，则图象为④解析：a点t＝0时刻位移为3，由①振动图线可知a向x正方向运动，则选项A正确.b点t＝0时刻位移为2，②振动图象不在位移2处，选项B错.c点t＝0时位移为－2，向x负方向运动，而③振动图线向x正方向运动，选项C错.d点t＝0时，位移为－4，与④振动图线一致，据振动的对称性该质点一定能达到＋4位置.但图象上只到＋3位置，所以选项D不正确.答案：A点评：这类题关键在于明确t＝0时的位移及速度的方向，能够从一维坐标中找出有用信息，然后画出x－t图象.。

简谐运动一、弹簧振子1．弹簧振子图11-1-1如图11-1-1所示，如果球与杆或斜面之间的摩擦可以忽略，且弹簧的质量与小球相比也可以忽略，则该装置为弹簧振子。

2．平衡位置振子原来静止时的位置。

3．机械振动振子在平衡位置附近所做的往复运动，简称振动。

二、弹簧振子的位移—时间图像1．振动位移从平衡位置指向振子某时刻所在位置的有向线段。

2．建立坐标系的方法以小球的平衡位置为坐标原点，沿振动方向建立坐标轴。

一般规定小球在平衡位置右边(或上边)时，位移为正，在平衡位置左边(或下边)时，位移为负。

3．图像绘制用频闪照相的方法来显示振子在不同时刻的位置。

三、简谐运动及其图像1．定义：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，这样的振动叫做简谐运动。

2．特点：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。

3．简谐运动的图像(1)形状：正弦曲线，凡是能写成x＝A sin(ωt＋φ)的曲线均为正弦曲线。

(2)物理意义：表示振动的质点在不同时刻偏离平衡位置的位移，是位移随时间的变化规律。

当堂达标1．(多选)下列运动中属于机械振动的是()A．树枝在风的作用下运动B．竖直向上抛出的物体的运动C．说话时声带的运动D．爆炸声引起窗扇的运动2．(多选)关于简谐运动的图像，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．由图像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．由图像可判断任一时刻质点的速度方向3．(多选)如图1所示，弹簧振子在a、b两点间做简谐运动，当振子从最大位移处a向平衡位置O运动过程中()A．加速度方向向左，速度方向向右B．位移方向向左，速度方向向右C．加速度不断增大，速度不断减小D．位移不断减小，速度不断增大4.卡车在水平道路上行驶，货物随车厢上下做简谐运动而不脱离底板，设向下为正方向，其振动图像如图2所示，则货物对底板压力小于货物重力的时刻是()A．时刻t1B．时刻t2C．时刻t4D．无法确定5．一简谐运动的图像如图4所示，在0.1～0.15 s这段时间内()图4A．加速度增大，速度变小，加速度和速度的方向相同B．加速度增大，速度变小，加速度和速度方向相反C．加速度减小，速度变大，加速度和速度方向相同D．加速度减小，速度变大，加速度和速度方向相反6 (1)(多选)弹簧振子做简谐运动，振动图像如图5所示，则下列说法正确的是()图5A．t1、t2时刻振子的速度大小相等，方向相反B．t1、t2时刻振子的位移大小相等，方向相反C．t2、t3时刻振子的速度大小相等，方向相反D．t2、t4时刻振子的位移大小相等，方向相反(2)如图6所示，简谐运动的图像上有a、b、c、d、e、f六个点，其中：图6①与a点位移相同的点有哪些？②与a点速度相同的点有哪些？③图像上从a点到c点，质点经过的路程为多少？7．(1) (多选)弹簧振子以O点为平衡位置，在水平方向上的A、B两点间做简谐运动，以下说法正确的是()图7A．振子在A、B两点时的速度为零位移不为零B．振子在通过O点时速度的方向将发生改变C．振子所受的弹力方向总跟速度方向相反D．振子离开O点的运动总是减速运动，靠近O点的运动总是加速运动E．振子在A、B两点时加速度不相同(2)如图8所示，一轻质弹簧上端系于天花板上，一端挂一质量为m的小球，弹簧的劲度系数为k，将小球从弹簧为自由长度时的竖直位置放手后，小球做简谐运动，则：①小球从放手运动到最低点，下降的高度为多少？②小球运动到最低点时的加速度大小为多少？8、多选)如图11-1-10所示为某质点做简谐运动的图像，若t＝0时，质点正经过O点向b点运动，则下列说法正确的是()图11-1-10A．质点在0.7 s时，正在背离平衡位置运动B．质点在1.5 s时的位移最大C．1.2～1.4 s时间内，质点的位移在增大D．1.6～1.8 s时间内，质点的位移在增大。

选修3-4第十一章机械振动一、简谐运动教案一、教材分析本节内容是机械振动的最简单的运动形式，是习其它振动形式的基础，对好整个振动部分起到非常重要的作用。

它从位移与时间关系的角度认识简谐运动的特点。

二、教目标1知识与技能（1）从运动形式了解什么是机械振动、简谐运动（2）正确解简谐运动图象的物含义，知道简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线。

2过程与方法通过观察演示实验，概括出机械振动的特征，培养生的观察、概括能力。

三、教重点难点简谐运动的位移时间图像既是重点也是难点。

四、情分析在生已习物体运动规律的基础上认识振动并不困难，但要认识简谐振动的特点比较困单，所以应用实验的方法画出其图像以降低生的困难。

五、教方法实验、观察与总结六、课前准备弹簧振子、坐标纸、预习案七、课时安排 1课时八、教过程（一）预习检查、总结疑惑生回答预习案的内容，提出疑惑（二）精讲点拨1、机械振动生回答机械振动与其他运动相比有什么特点？特点：往复的运动总结：物体做机械振动时，一定受到指向中心位置的力，这个力的作用总能使物体回到中心位置，对于弹簧振子，它是弹力。

2、弹簧振子的运动（1）弹簧振子要一直运动下去对弹簧和振子有什么要求？．弹簧的质量远远小于滑块的质量，可以忽略不计,一个轻质弹簧联接一个质点，弹簧的另一端固定，就构成了一个弹簧振子b．阻力太大，振子不振动，阻力很小，振子振动。

我们研究在没有阻力的想条件下弹簧振子的运动。

（2）平衡位置有什么特点？振动时怎样算完成一个全振动？对弹簧振子而言，弹簧为原长，振动方向的合力为零。

3、实验探究使弹簧振子振动，拉动下面的坐标纸，描出振子运动的运动图像。

用多媒体动画模拟振子的运动，画出振动图象。

4、讨论并回答：简谐运动的振动图象是一条什么形状的图线呢？简谐运动的位移指的是什么位移？（相对平衡位置的位移）总结：简谐运动的振动图象都是正弦或余弦曲线。

提问：振动图象在什么情况下是正弦，什么情况下是余弦？总结：由开始计时的位置决定图像中这里的位移指的是什么？总结：指向对于平衡位置的位移，即位置坐标，与时刻对应。

简谐运动一、教学目的1、知识与能力：（1）认识弹簧振子（2）通过观察和分析，理解简谐运动的位移——时间图像是一条正弦曲线，培养分析和概括能力；2、过程与方法：经历对简谐运动运动学特征的探究过程，加深领悟用图像描绘运动的方法；3、情感、态度、价值观：培养学习物理的兴趣，陶冶热爱生活的情操。

二、教学重点：简谐运动位移——时间图像的建立及图像的物理含义三、教学难点：简谐运动位移——时间图像的建立四、教具：水平弹簧振子、竖直弹簧振子、单摆、振铃、托盘天平、物体平衡仪、音叉、乒乓球等。

五、教学过程[引入]今天我们开始学习第十一章机械振动，第一节简谐运动（板书）。

首先请大家欣赏一段古筝演奏。

问题1：古筝为什么能够发出声音？（琴弦的振动）问题2：还有哪些乐器是靠琴弦的振动发出声音的？（小提琴、大提琴、吉他、二胡、琵琶等）振动在我们生活中十分常见问题3：能不能再举例一些生活中类似这样的振动？（说话时声带振动等；剧烈而令人恐惧的振动——地震）我们实验室也普遍存在这样的振动，请大家仔细观察，演示如：天平指针的振动、音叉的振动、单摆的振动、水平弹簧振子、竖直弹簧振子。

在我们演示的振动中有水平方向的振动也有竖直方向的振动。

问题4：它们具有共同的特征是什么？（在某一中心位置来回运动，强化“往复”和“周期性”）我们把这个中心位置叫做平衡位置（原来静止的位置，标出竖直弹簧振子的平衡位置，把振动的物体叫做振子）一、机械振动：物体在平衡位置附近所做的往复运动。

简称为振动特点：往复性、周期性简图示意：实际的振动是非常复杂的，大家已经观察到刚刚的振动在阻力的作用下，有些很快就停下来，有些振动的幅度正在减弱。

为了研究的方便，我们突出主要矛盾、忽略次要因素，不计一切阻力，简化为理想模型。

我们把像这样由弹簧和振子构成的振动系统称为弹簧振子。

弹簧振子将保持这个幅度永远运动下去。

二、弹簧振子：是理想模型1、条件：振子看做质点；轻质弹簧；不计一切阻力本章从最简单的开始研究，学习怎样描述振动，振动有什么性质。

吴兴高级中学选修3-4 第十一章机械振动学案11.1简谐运动【学习目标】1 •知道机械振动是一种周期性的往复运动。

2•知道弹簧振子是理想化模型，弹簧振子的位移随时间的变化规律。

3•知道简谐运动是最简单、最基本的振动，图象是正弦曲线，会根据图象特点判断物体是否做简谐运动。

4.理解简谐运动的图象的意义和特点，知道简谐运动的图象并不表示质点的运动轨迹。

5•会用实验方法得到振动图象，了解振动图象是记录实际振动的常用方法。

【学习过程】、弹簧振子问题驱动引入：如图所示，把一个有孔的小木球装在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球穿在光滑杆上，能够自由振动，这个系统可称为弹簧振子吗？若将小木球改为同体积的钢球呢?主体活动立体互动1、组成：如图所示,如果球与杆之间的摩擦可以，且弹簧的质量与小球的质量相比也可以，则该装置为弹簧振子,它是一个理想化模型。

2、平衡位置：振子原来时的位置。

3、机械振动：振子在平衡附近的运动，简称振动。

、简谐运动及其图象问题驱动1、教材P4 “做一做”中绘制弹簧振子的振动图象中，在弹簧振子的小球上安装一支绘图笔，让一条纸带在与小球振动方向垂直的方向上匀速运动，笔在纸带上画出的就是小球的振动图象，如图所示。

(1) 振子的位移一时间图象有什么特点(2) 为什么这就是振子的位移一时间图象(3) 在这里如何理解振子的位移主体活动立体互动1、简谐运动①定义：质点的位移与时间的关系遵从的规律，即它的图像(x-t图像)是一条正弦曲线。

②特点：简谐运动是最简单、最基本的，弹簧振子的运动就是< 2、简谐运动的图象①坐标系的建立：在简谐运动的图像中，以横轴表示，以纵轴表示振子离开平衡位置的。

②物理意义：表示振动物体的______ 随的变化规律。

2、弹簧下端悬挂一钢球，上端固定（如图所示）, 它们组成一个振动系统。

设弹簧的劲度系数为 的位移是多少？此时钢球的加速度是多少 ？③ 图像的绘制方法 a 频闪照相法b.数码相机和计算机绘制④ 应用：医院里的 ________ 及 中绘制地震曲线的装置等。

11.1 简谐运动教学目标1、知识与技能（1）了解什么是机械振动、简谐运动；（2）掌握简谐运动的位移图象。

2、过程与方法：正确理解简谐运动图象的物理含义，知道简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线；3、情感、态度与价值观：通过观察演示实验，概括出机械振动的特征，培养学生的观察、概括能力。

教学重点：使学生掌握简谐运动的回复力特征及相关物理量的变化规律。

教学难点：偏离平衡位置的位移与位移的概念容易混淆；在一次全振动中速度的变化。

教学教具：钢板尺、铁架台、单摆、竖直弹簧振子、皮筋球、气垫弹簧振子、微型气源。

教学过程：第一节简谐运动（一）教学引入我们学习机械运动的规律，是从简单到复杂：匀速运动、匀变速直线运动、平抛运动、匀速圆周运动，今天学习一种更复杂的运动——简谐运动。

（二）新课教学1、机械振动振动是自然界中普遍存在的一种运动形式，请举例说明什么样的运动就是振动？（微风中树枝的颤动、心脏的跳动、钟摆的摆动、声带的振动……这些物体的运动都是振动。

）请同学们观察几个振动的实验，注意边看边想：物体振动时有什么特征？演示实验（1）一端固定的钢板尺，图1（a）（2）单摆，图1（b）（3）弹簧振子，图1（c）（d）（4）穿在橡皮绳上的塑料球，图1（e）提问：这些物体的运动各不相同：运动轨迹是直线的、曲线的，运动方向水平的、竖直的，物体各部分运动情况相同的、不同的……它们的运动有什么共同特征？归纳：物体振动时有一中心位置，物体（或物体的一部分）在中心位置两侧做往复运动，振动是机械振动的简称。

2、简谐运动简谐运动是一种最简单、最基本的振动，我们以弹簧振子为例学习简谐运动。

（1）弹簧振子演示实验：气垫弹簧振子的振动讨论：第一、滑块的运动是平动，可以看作质点。

第二、弹簧的质量远远小于滑动的质量，可以忽略不计，一个轻质弹簧联接一个质点，弹簧的另一端固定，就构成了一个弹簧振子。

第三、没有气垫时，阻力太大，振子不振动；有了气垫时，阻力很小，振子振动。