2019_2020学年高考物理主题2第I部分机械振动1简谐运动学案（必修1）

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1、1　简谐运动[学科素养与目标要求]　物理观念：1.知道什么是弹簧振子，知道振子的平衡位置和位移的概念.2.知道简谐运动的位移—时间图象的物理意义，知道其图象是一条正弦曲线.科学思维：会根据简谐运动的位移—时间图象分析振子的位移和速度的变化情况.科学探究：通过对比振子和匀速直线运动物体的位移—时间图象，弄清图象的物理意义及应用.一、弹簧振子1.平衡位置：振子原来静止时的位置.2.机械振动：振子在平衡位置附近的往复运动，简称振动.3.弹簧振子：小球和弹簧构成的系统.二、弹簧振子的位移—时间图象(x－t图象)1.用横坐标表示振子运动的时间(t)，纵坐标表示振子离开平衡位置的位移(x)，描绘出的图象

2、就是位移随时间变化的图象，即x－t图象，如图1所示.图12.振子的位移：振子相对平衡位置的位移.三、简谐运动及其图象简谐运动：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.1.判断下列说法的正误.(1)竖直放于水面上的圆柱形玻璃瓶的上下运动是机械振动.(　√　)(2)物体的往复运动都是机械振动.(　×　)(3)弹簧振子的位移是从平衡位置指向振子所在位置的有向线段.(　√　)(4)简谐运动的图象表示质点振动的轨迹是正弦曲线.(　×　)2.如图2所示的弹簧振子，O点为它的平衡位置，当振子从A点运动到C点时，振子离开平衡位置的位移是________(选填“O

3、C”“AC”或“CO”)，从A点运动到C点的过程中，位移变________(选填“小”或“大”)，速度变________(选填“小”或“大”).图2答案　OC　小　大一、弹簧振子如图所示的装置，把小球向右拉开一段距离后释放，可以观察到小球左右运动了一段时间，最终停止运动.(1)小球的运动具有什么特点？为什么小球最终停止运动？(2)在横杆上涂上一层润滑油，重复刚才的实验，观察到的结果与第一次实验有何不同？(3)猜想：如果小球受到的阻力忽略不计，弹簧的质量比小球的质量小得多，也忽略不计，实验结果如何？答案　(1)小球的运动具有往复性.小球因为受到摩擦力的作用最终停止运动.　(2)小球往复运动的次

4、数增多，运动时间变长.　(3)小球将持续地做往复运动.1.平衡位置：振子原来静止时的位置.平衡位置不一定是中心位置(如图3所示物体的振动)，物体经过平衡位置时不一定处于平衡状态(如图4所示物体的振动).　　图3　　　　　　　图42.弹簧振子是一种理想化模型.实际物体可看成弹簧振子的条件：(1)不计摩擦阻力和空气阻力.(2)不计弹簧的质量.(3)物体可视为质点.(4)弹簧的形变在弹性限度内.3.弹簧振子的振动分析(1)位移及其变化位移指相对平衡位置的位移，由平衡位置指向振子所在的位置.当振子从平衡位置向最大位移处运动时，位移增大；当振子由最大位移处向平衡位置运动时，位移减小.(2)速度及其变化

5、振子在平衡位置处速度最大，在最大位移处速度为零.振子由平衡位置向最大位移处运动时，速度减小；振子由最大位移处向平衡位置运动时，速度增大.(3)加速度及其变化水平弹簧振子所受弹簧的弹力是振子受到的合力，竖直弹簧振子所受的重力与弹力之和是振子受到的合力.不论是水平弹簧振子还是竖直弹簧振子，均满足：在平衡位置处所受的合力为零，加速度为零；而在最大位移处所受的合力最大，加速度最大.例1　(多选)在图5中，当振子由A向平衡位置O运动时，下列说法正确的是(　　)图5A.振子的位移变小B.振子的运动方向向左C.振子的位移方向向左D.振子的位移变大答案　AB解析　在振动中位移的参考点是O点，由于振子在O点的

6、右侧由A向O运动，所以振子的运动方向向左，位移方向向右，且位移变小，故A、B正确.例2　如图6所示为一个水平方向的弹簧振子，小球在MN间振动，O是平衡位置.关于小球的运动情况，下列描述正确的是(　　)图6A.小球经过O点时速度为零B.小球经过M点与N点时有相同的加速度C.小球从M点向O点运动过程中，加速度增大，速度增大D.小球从O点向N点运动过程中，加速度增大，速度减小答案　D解析　小球经过O点时速度最大，A错；小球在M点与N点的加速度大小相等，方向相反，B错；小球从M点向O点运动过程中，速度增大，加速度减小，C错；小球从O点向N点运动过程中，速度减小，加速度增大，D对.[学科素养]　以上两

7、题考查了弹簧振子在振动过程中位移、速度、加速度的变化规律，在位移为零处，即平衡位置，加速度为零，速度最大；在最大位移处，速度为零，加速度最大.通过解题，让物理概念和规律在头脑中得到提炼和升华，体现了“物理观念”与“科学思维”的学科素养.二、简谐运动及其图象甲、乙两同学合作模拟弹簧振子的x－t图象：如图所示，取一张白纸，在正中间画一条直线OO′，将白纸平铺在桌面上，甲同学用手使铅笔尖从O点沿垂直于OO′方向振动