2.1 简谐运动 课件 高一物理鲁科版（2019）选择性必修第一册.pptxVIP

;想一想进入高中以来，我们主要学习了哪几种形式的动??

请说出各运动的名称及每种运动所对应的受力情况。

1.匀速直线运动2.匀变速直线运动

3.平抛运动4.匀速圆周运动

;机械振动是生活中常见的运动形式;微风吹过，树上的枝条来回摇摆;轻轻推，有趣的秋干来回荡起。

这些物体的运动有什么共同特点?应如何研究这类运动呢?

本节我们将初步了解机械振动，学习最基础的振动--简谐运动;1.机械振动;物理学中，将物体(或物体的某一部分)在某一位置附近的往复运动称为机械振动，简称振动，

这个位置称为平衡位置;一切发声的物体都在振动。有的振动比较简单，如音叉的振动;有的振动比较复杂，如蜜蜂翅膀抖动和古筝琴弦振动等(图2-2)。机械振动是一种常见的运动。;4、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。

5、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回复力的作用。

（2）阻力足够小。

;振动是怎样产生的呢?

我们以古筝琴弦的振动为例进行定性分析。如图2-3所示，演奏前，琴弦所受合力为0，静止于平衡位置。;演奏时拨动琴弦，使其偏离平衡位置。由于形变，琴弦产生一个指向平衡位置的弹力F。;如果琴弦在平衡位置的左方，则弹力的方向向右，指向平衡位置。

如果琴弦在平衡位置的右方，则弹力的方向向左，也指向平衡位置。

;总之，只要琴弦偏离平衡位置，它总会受到指向平衡位置的弹力。

这种总是指向平衡位置的力称为回复力。

正是回复力的作用，使琴弦来回振动。;回复力可由振动物体受到的某一个力来提供，也可由振动物体受到的几个力的合力来提供。

回复力是产生振动的条件，它使物体总是在平衡位置附近振动。

平衡位置是指物体所受回复力为0的位置。

;2.简谐运动及其特征

;我们从弹簧振子的振动入手，进一步探究振动的特征。

弹簧振子是一种理想模型。;?1、弹簧振子是理想模型

①穿在光滑水平杆上——摩擦阻力忽略不计

②轻质弹簧——和小球质量相比，弹簧质量很小，可忽略不计。

有孔小球——称为振子

;如图2-4所示，物体处于平衡位置O时，弹簧为原长，物体所??的弹力为0;;将物体向右拉至B后由静止释放，由于弹簧被拉长，会对物体施加向左的指向平衡位置的弹力，使物体向平衡位置运动.

;到达平衡位置时，物体所受弹力为0，但由于惯性，会继续向左运动并挤压弹簧，弹簧对物体施加向右的指向平衡位置的弹力，阻碍其继续向左运动，直至速度减小为0，到达位置C处:;此后，在弹力的作用下，物体改变运动方向，返回位置B……物体就这样在平衡位置附近往复运动，形成振动

物体所受弹簧的弹力提供了回复力。

取平衡位置0为x轴的原点，向右为x轴的正方向。

根据胡克定律，物体所受回复力

;①效果：把物体拉回平衡位置

②方向：始终指向平衡位置（要改变的）

③来源：合力、一个力或某个力的分力

回复力和向心力一样是效果力，并且是变力

;像弹簧振子这样，物体所受回复力的大小与位移大小成正比，方向总是与位移方向相反的运动称为简谐运动。

设物体质量为m，根据牛顿第二定律，其加速度;速度v大小与加速度a的变化恰好相反，在两个“端点为零，在平衡位置最大，除两个“端点”外任何一个位置的速度方向都有两种可能。

注意：动量的变化与速度的变化规律是一样的

;弹簧振子的振动规律

靠近平衡位置:位移、回复力、加速度、弹性势能均减小，速度、动能均增大。

远离平衡位置:位移、回复力、加速度、弹性势能均增大，速度、动能均减小。

能量转化规律:动能与弹性势能相互转化，但总量保持不变。;由此可见，简谐运动的加速度具有大小与位移大小成正比、方向与位移方向相反的特征.

从能量角度看，由于弹簧振子在振动过程中只有弹簧的弹力做功，系统的动能和弹性势能相互转换，机械能守恒。;一小球做简谐运动，相继经过图2-5所示的位置。试根据图示，判断小球在此振动过程中的位移、回复力、加速度、速度、动能和弹簧的弹性势能分别是如何变化的，填入表2-1中。;将你的结论与其他同学的结论进行比较，找出以上各物理量分别在小球运动至何处时最大，何处时最小。;竖直方向的弹簧振子

如图2-6所示，在弹下端挂一重物，上端固定在支架上，这就构成了竖直方向的弹簧振子。重物在竖直方向受到弹力和重力作用，这两个力的合力充当弹振子的回复力。;当重物处于点0时，重力和弹力相互平衡，因此点0是弹振子的平衡位置。将重物向下拉一段距离，然后松手，重物便沿竖直方向振动起来。

假设重物所受的重力为G，弹簧的劲度系数为k，重物处于平衡位置时弹簧的伸长量为x1，则G=kx1

;设重物向下偏离平衡位置的位移为x时，弹的伸长量为x2，则x=x2－x1

取坚直向下为正方向，则此时弹簧振子的回复力

F=G-kx2=kx1-kx2=-kx

所以，竖直方向的