2023-2024（上）全品學練考高中物理選擇性必修第一冊第2章機械振動第二章機械振動1簡諧運動學習任務一彈簧振子[教材鏈接]閱讀教材,填寫相關知識.1.機械振動(1)定義:物體或物體的一部分在位置附近的往復運動稱為機械振動,簡稱振動.

(2)特點:①圍繞著“中心”位置運動;②運動具有往復性.2.彈簧振子(1)定義:小球和彈簧組成的系統稱作彈簧振子,有時也簡稱為振子.(2)條件:①忽略摩擦力等各種阻力;②小球看成質點;③忽略彈簧質量;④彈簧始終在彈性限度內.(3)彈簧振子的分類(按振動方向分)水平彈簧振子豎直彈簧振子示意圖運動特點把小球拉向右方,然后放開,它就在水平方向的平衡位置附近運動起來將小球下拉或者上托之后放開,小球總是在豎直方向的平衡位置附近往復運動平衡位置受力F彈=0F彈=kx=mg平衡位置彈簧原長形變量x=mg例1(多選)下列運動屬于機械振動的是 ()A.說話時聲帶的運動B.彈簧振子在豎直方向的上下運動C.體育課上同學進行25米折返跑D.豎立于水面上的圓柱形玻璃瓶的上下運動變式1[2022·蘭州一中月考]關于水平放置的彈簧振子的運動,下列說法正確的是 ()A.若位移為負值,則速度一定為正值,加速度也一定為正值B.小球通過平衡位置時,速度為零,加速度最大C.小球每次通過平衡位置時,加速度相同,速度也一定相同D.小球每次通過同一位置時,其速度不一定相同,但加速度一定相同學習任務二簡諧運動的位移—時間圖像[教材鏈接]閱讀教材,填寫簡諧運動的相關知識.(1)彈簧振子的位移:從位置指向振子在該時刻位置的線段;若規定振動質點在平衡位置右側時位移為,則它在平衡位置左側時位移為.

如圖,小球在MM'之間振動,O為平衡位置,小球在某時刻的位移x情況:O→M:x增大,方向始終向右.M→O:x減小,方向始終向右.O→M':x增大,方向始終向左.M'→O:x減小,方向始終向左.(2)簡諧運動的定義:如果物體的位移與時間的關系遵從的規律,即它的振動圖像(x-t圖像)是一條曲線,這樣的振動是一種簡諧運動.

(3)簡諧運動是最基本的振動.彈簧振子的振動過程關于平衡位置對稱,是一種往復運動,就是運動.

例2某質點做簡諧運動的振動圖像如圖所示,根據圖像中的信息,回答下列問題:(1)質點在第1.5s末的位移?(2)質點振動過程中的最大位移為多少?(3)在前2s內,質點經過的路程為多少?[反思感悟]

變式2如圖所示是用頻閃照相的方法獲得的彈簧振子的位移—時間圖像,下列有關該圖像的說法不正確的是 ()A.該圖像的坐標原點是建在小球的平衡位置B.從圖像可以看出小球在振動過程中是沿t軸方向移動的C.為了顯示小球在不同時刻偏離平衡位置的位移,讓底片沿垂直x軸方向勻速運動D.圖像中小球位置的疏密顯示出相同時間內小球位置變化快慢不同變式3[2022·蘇州中學月考]如圖甲所示,彈簧振子做簡諧運動,小球運動范圍的最左端M(或最右端N)與平衡位置O的距離為L,規定向右為正方向,其振動圖像如圖乙所示.下列說法正確的是 ()A.圖中x0應為LB.0~t1時間內小球由M向O運動C.t1~T2時間內小球由M向OD.0~T2時間內與T2【要點總結】1.從簡諧運動的振動圖像可以確定任意時刻小球的位移大小和方向、任意時刻小球的振動方向、任意時刻小球的加速度的方向.2.位移—時間圖像反映了小球位移隨時間變化的規律,它不是小球的運動軌跡.3.簡諧運動的振動圖像(x-t圖像)是正弦曲線.振子振動中的運動描述如圖所示,彈簧振子振動過程中的彈力方向、位移方向、加速度方向和速度方向有何規律?完成表中填空.振動的過程彈力方向位移方向從平衡位置運動到最大位移處

①彈簧對小球的彈力方向與位移方向

②加速度方向與彈力方向相同,與位移方向

③速度方向與位移方向

從最大位移處運動到平衡位置指向平衡位置由平衡位置指向小球所在的位置①彈簧對小球的彈力方向與位移方向

②加速度方向與彈力方向相同,與位移方向

③速度方向與位移方向

示例(多選)[2022·山東臨沂一中月考]彈簧振子以O點為平衡位置,在水平方向上的A、B兩點間做簡諧運動,以下說法正確的是 ()A.振子在A、B兩點時的速度為零,位移不為零B.振子在通過O點時速度的方向將發生改變C.振子所受的彈簧彈力方向總跟速度方向相反D.振子離開O點的運動總是減速運動,靠近O點的運動總是加速運動[反思感悟]

變式4(多選)[2022·鄭州一中月考]如圖所示,彈簧下端懸掛一鋼球,上端固定,它們組成一個振動的系統.用手把鋼球向上托起一段距離,然后釋放,鋼球便上下振動起來,若以豎直向下為正方向,下列說法正確的是 ()A.鋼球的最低處為平衡位置B.鋼球原來靜止時的位置為平衡位置C.鋼球振動到距原靜止位置下方3cm處時位移為3cmD.鋼球振動到距原靜止位置上方2cm處時位移為-2cm1.(對機械振動的理解)關于機械振動的位移和平衡位置,以下說法中正確的是 ()A.平衡位置就是物體振動范圍的中心位置B.機械振動的位移總是以平衡位置為起點的位移C.做機械振動的物體運動的路程越大,發生的位移也越大D.機械振動的位移是指振動物體偏離平衡位置最遠時的位移2.(彈簧振子)如圖所示,彈簧振子在B、C之間做簡諧運動,當小球位于O點時,彈簧處于原長.在小球從C運動到O的過程中 ()A.小球的速度不斷增大,加速度不斷增大B.彈簧的形變量不斷增大,小球的加速度不斷增大C.小球的速度不斷增大,加速度不斷減小D.彈簧的形變量不斷增大,小球的加速度不斷減小3.(簡諧運動的位移—時間圖像)如圖甲所示,彈簧振子以O點為平衡位置,在A、B兩點之間做簡諧運動.取向右為正方向,物體的位移x隨時間t的變化圖像如圖乙所示,下列說法正確的是 ()A.t=0.8s時,物體的速度方向向左B.t=0.6s時,物體在O點左側C.t=0.4s和t=1.2s時,物體的加速度相同D.t=0.4s到t=0.8s時間內,物體的速度逐漸減小第二章機械振動1簡諧運動[教材鏈接]1.一個例1ABD變式1D[解析]小球做簡諧運動時,加速度方向與位移方向總是相反,若位移為負值,加速度一定為正值,而速度可能為正值,也可能為負值,故A錯誤.小球通過平衡位置時,速度最大,加速度為零,故B錯誤.小球每次通過平衡位置時,加速度相同,由于速度有兩種方向,所以速度可能相同,也可能不同,故C錯誤.小球每次通過同一位置時,其速度不一定相同,但回復力相同,加速度一定相同,故D正確.[教材鏈接](1)平衡有向正負(2)正弦函數正弦(3)簡諧例2(1)-5cm(2)5cm(3)20cm[解析](1)由圖像可知,1.5s末質點的位移為-5cm.(2)前2s內,在0.5s末和1.5s末位移最大,大小為5cm.(3)前2s內質點先在正方向上運動了一個來回,共走了10cm,又在負方向上運動了一個來回,也走了10cm,故總路程為20cm.變式2B[解析]從圖像中能看出坐標原點在平衡位置,A正確;橫軸雖然是由底片垂直x軸勻速運動得到的,但已經轉化為時間軸,小球只沿x軸振動,B錯誤,C正確;因圖像中小球相鄰位置之間時間相同,密處說明小球的位置變化慢,D正確.變式3A[解析]t1時刻位移為正且最大,小球在N點,圖中x0應為L,選項A正確;0~t1時間內,小球位移為正,位移逐漸增大,由O向N運動,選項B錯誤;t1~T2時間內,小球的位移為正,位移逐漸減小,由N向O運動,選項C錯誤;0~T2時間內,小球先由平衡位置運動到正向最大位移處,再沿負方向運動到平衡位置,T2素養提升指向平衡位置由平衡位置指向小球所在的位置相反相反相同相反相反相反示例AD變式4BCD隨堂鞏固1.B[解析]簡諧運動的平衡位置在中心位置,非簡諧運動不一定在,A錯誤;機械振動的位移是以平衡位置為起點指向物體所在位置的有向線段,位移隨時間而變化,振動物體偏離平衡位置最遠時,發生的位移最大,B正確,C、D錯誤.2.C[解析]在小球從C運動到O的過程中,彈簧的形變量不斷減小,彈力不斷減小,由牛頓第二定律可知,小球的加速度不斷減小,選項A、B、D錯誤;在小球從C運動到O的過程中,小球做加速運動,速度不斷增大,選項C正確.3.A[解析]由題圖可知,從t=0.8s時起,再過一段微小時間,物體的位移為負值,因為取向右為正方向,所以t=0.8s時,物體速度方向向左,A正確;t=0.4s和t=1.2s時,物體的位移方向相反,加速度方向相反,C錯誤;t=0.4s到t=0.8s時間內,物體的位移逐漸減小,物體由B到0逐漸靠近平衡位置,其速度逐漸增大,B、D錯誤.第二章機械振動1簡諧運動建議用時:40分鐘◆知識點一彈簧振子模型1.[2022·山東煙臺二中月考]下列各種運動中,屬于簡諧運動的是 ()A.拍皮球時球的往復運動B.將輕彈簧上端固定,下端掛一鉤碼,鉤碼在豎直方向上來回運動C.粗糙水平面上,一端固定的輕彈簧和小球固定,小球在水平面上來回運動D.孩子用力蕩秋千,秋千來回運動2.[2022·天津一中月考]對于做簡諧運動的彈簧振子,下述說法正確的是 ()A.振子通過平衡位置時,加速度最大B.振子在最大位移處時,速度最大C.振子在連續兩次通過同一位置時,位移相同D.振子連續兩次通過同一位置時,動量相同3.做簡諧運動的彈簧振子除平衡位置外,在其他所有位置時,關于它的速度方向,下列說法正確的是 ()A.總是與位移方向相反B.總是與位移方向相同C.遠離平衡位置時與位移方向相反D.向平衡位置運動時與位移方向相反4.[2022·山師大附中月考]一水平的彈簧振子做簡諧運動,小球以平衡位置O點為中心,在A、B兩點間做簡諧運動,則 ()A.小球在O點的速度和加速度都達到最大B.小球的速度減小時,位移一定增大C.小球的加速度減小時,速度一定減小D.小球的速度方向與加速度方向一定相反◆知識點二簡諧運動的位移—時間圖像5.[2022·浙江學軍中學月考]如圖甲所示,一彈簧振子在A、B間振動,取向右為正方向,小球經過O點時為計時起點,其振動的x-t圖像如圖乙所示,則下列說法正確的是 ()A.t4時刻振子在A點B.t2時刻振子在B點C.在t1~t2時間內,小球的位移在增大D.在t3~t4時間內,小球的位移在減小6.如圖所示,一個彈簧振子在A、B間做簡諧運動,O是平衡位置,把向右的方向選為正方向,以某時刻作為計時零點(t=0),經過14周期,小球具有正方向的最大加速度,那么如圖所示的四個振動圖像中能正確反映振動情況的圖像是 (ABCD7.[2022·北京四中月考]如圖所示是一水平彈簧振子做簡諧運動的振動圖像(x-t圖像),由圖可推斷,振動系統 ()A.在t1和t2時刻具有相同的動量B.在t3和t4時刻具有相同的動量C.在t4和t6時刻具有相同的速度D.在t1和t6時刻具有相同的加速度8.某彈簧振子的振動圖像如圖所示,將小球從平衡位置拉開4cm后放開,同時開始計時,則 ()A.0.1~0.2s內,小球正在做加速度減小的加速運動B.0.1~0.2s內,小球正在做加速度增大的減速運動C.0.1~0.2s內,小球速度方向沿縱軸正方向D.在0.15s時小球的位移一定等于-2cm9.[2022·湖北武鋼三中月考]圖為某魚漂的示意圖.當魚漂靜止時,水位恰好在O點.用手將魚漂往下按,使水位到達M點.松手后,魚漂會上下運動,水位在M、N之間來回移動.若魚漂的運動是簡諧運動,則下列說法正確的是 ()A.水位到達N點時,魚漂的位移向下最大B.水位在O點時,魚漂的速度最大C.水位到達M點時,魚漂具有向下的加速度D.魚漂由上往下運動時,速度越來越大10.如圖甲所示為以O點為平衡位置,在A、B兩點間運動的彈簧振子,圖乙為這個彈簧振子的振動圖像,由圖可知下列說法中正確的是 ()A.在t=0.2s時,彈簧振子的加速度為正向最大B.在t=0.1s與t=0.3s兩個時刻,彈簧振子的速度相同C.從t=0到t=0.2s時間內,彈簧振子做加速度增大的減速運動D.在t=0.6s時,彈簧振子有最小的位移11.[2022·長沙一中月考]彈簧振子做簡諧運動的振動圖像如圖所示,則 ()A.t=0時,小球位移為零,速度為零,加速度為零B.t=1s時,小球位移最大,速度最大,加速度最大C.t1和t2時刻小球具有相同的速度D.t3和t4時刻小球具有相同的加速度12.[2022·湖南師大附中月考]質點做簡諧運動,其x-t圖像如圖所示.以x軸正向為速度v的正方向,該質點的v-t圖像是圖中的 ()13.圖是某質點做簡諧運動的振動圖像,根據圖像中的信息,回答下列問題:(1)質點離開平衡位置的最大距離是多少?(2)在t=1.5s時和t=2.5s時,質點分別向哪個方向運動?(3)質點在第2s末的位移是多少?第二章機械振動1簡諧運動1.B[解析]拍皮球時皮球做往返運動,但是受到的力不滿足簡諧運動的條件,所以不是簡諧運動,故A錯誤;輕彈簧上端固定,下端掛鉤碼,鉤碼上下振動時,鉤碼受到的合力與鉤碼相對于平衡位置的位移滿足F=-kx,為簡諧運動,故B正確;粗糙水平面上,一端固定的輕彈簧和小球固定,小球運動過程受阻力,不滿足簡諧運動條件,故C錯誤;孩子蕩秋千,只有秋千在擺角很小且空氣阻力可以忽略的情況下才能被認為是簡諧運動,故D錯誤.2.C[解析]振子經過平衡位置時速度最大,加速度是零,A錯誤;振子在最大位移處時速度最小,是零,B錯誤;振子在連續兩次經同一位置時,相對于平衡位置的位移相同,C正確;動量是矢量,振子連續兩次經同一位置時,速度的大小相同,方向相反,則動量大小相同,方向相反,D錯誤.3.D[解析]做簡諧運動的彈簧振子,速度方向與位移方向存在兩種可能,因為位移的方向總是背離平衡位置,所以當振子靠近平衡位置時,二者方向相反,遠離平衡位置時,二者方向相同.故選D.4.B[解析]小球通過平衡位置時,加速度為零,速度最大,選項A錯誤;小球的速度減小時,遠離平衡位置,位移一定增大,選項B正確;小球的加速度減小時,靠近平衡位置,速度一定增大,選項C錯誤;小球向平衡位置運動時,速度方向與加速度方向相同,選項D錯誤.5.C[解析]小球在A點和B點時位移最大,由于取向右為正方向,所以小球運動到A點有正向最大位移,運動到B點有負向最大位移,則t2時刻,小球在A點,t4時刻,小球在B點,故A、B錯誤;小球的位移以平衡位置為起點,所以在t1~t2和t3~t4時間內小球的位移都在增大,故C正確,D錯誤.6.D[解析]因為經過14周期時,小球具有正方向的最大加速度,由簡諧運動的特征a=-kxm可知,t=T4時小球位于負向最大位移處,說明7.B[解析]在t1和t2時刻,速度大小不同,故動量不相同,選項A錯誤;在t3和t4時刻,所在位置關于平衡位置對稱,且速度方向相同,故具有相同的動量,選項B正確;在t4和t6時刻,在同一位置,但速度方向相反,選項C錯誤;在t1和t6時刻,所在位置關于平衡位置對稱,具有不同方向的加速度,選項D錯誤.8.B[解析]0.1~0.2s內,小球由平衡位置向負的最大位移處運動,加速度在增大,速度在減小,小球的速度方向沿縱軸負方向,A、C錯誤,B正確;0.1~0.2s內,小球做加速度增大的減速運動,故在0.15s時小球的位移一定