1、第1节简谐运动什 么 是 机 械 振 动先填空1定义物体在平衡位置附近做往复运动，叫做机械振动，简称为振动2平衡位置振动物体所受回复力为零的位置3回复力(1)方向：总是指向平衡位置(2)作用效果：总是要把振动物体拉回到平衡位置(3)来源：回复力是根据力的作用效果命名的力可能是几个力的合力，也可能是由某一个力或某一个力的分力来提供再判断1机械振动是匀速直线运动()2机械振动是匀变速直线运动()3机械振动是物体在平衡位置附近所做的往复运动()后思考机械振动的物体到达平衡位置的右侧，它所受的回复力指向什么方向？【提示】回复力的方向总是指向平衡位置，故方向向左核心点击1机械振动的特点(1)物体在平衡位
2、置附近做往复运动(2)机械振动是一种周期性运动2回复力的理解(1)回复力的方向总是指向平衡位置(2)回复力的效果是使偏离平衡位置的物体返回到平衡位置，是产生振动的条件(3)回复力可以是振动物体所受的某一个力，也可以是物体所受几个力的合力1下列运动中属于机械振动的是() 【导学号：78510000】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E匀速圆周运动【解析】物体在平衡位置附近所做的往复运动属于机械振动，故A、C、D正确；竖直向上抛出的物体到最高点后返回落地，不具有运动的往复性，因此不属于机械振动，故B错误匀速圆周运动不是在平衡位置附近往复运动，E
3、错误【答案】ACD2下列关于振动的回复力的说法正确的是()A回复力方向总是指向平衡位置B回复力是按效果命名的C回复力一定是物体受到的合力D回复力由弹簧的弹力提供E振动物体在平衡位置所受的回复力是零【解析】回复力是按效果命名的，是指向平衡位置使振动物体回到平衡位置的力，可以由某个力或某几个力的合力提供，也可以由某个力的分力提供，故A、B正确，C错误；在水平弹簧振子中弹簧的弹力提供回复力，但在其他振动中，不一定由弹簧弹力提供，D错误；振动物体在平衡位置受到的回复力是零，E正确【答案】ABE3关于振动物体的平衡位置，下列说法正确的是()A加速度改变方向的位置B回复力为零的位置C速度最大的位置D加速度
4、最大的位置E合外力一定为零的位置【解析】振动物体在平衡位置回复力为零，而合外力不一定为零，在该位置加速度改变方向，速度达最大值故A、B、C正确，D、E错误【答案】ABC机械振动的理解1机械振动是物体在平衡位置附近的往复运动2回复力的方向总指向平衡位置3平衡位置是回复力为零的位置，此位置振动物体速度达到最大，加速度方向改变弹 簧 振 子 的 振 动先填空1弹簧振子弹簧振子是一种理想化模型，其主要组成部分是一个质量可以忽略不计的弹簧和一个质量为m的物体图1112简谐运动(1)定义：如果物体所受回复力的大小与位移大小成正比，并且总是指向平衡位置，则物体的运动叫做简谐运动如弹簧振子的振动(2)简谐运动
5、的动力学特征：回复力Fkx.(3)简谐运动的运动学特征：ax.再判断1弹簧振子是一种理想化的模型()2在Fkx中，负号表示回复力总是小于零的力()3弹簧振子的加速度方向一定与位移相同()后思考弹簧振子的回复力一定是弹簧的弹力吗？【提示】不一定竖直方向的弹簧振子的回复力是由弹簧弹力与重力的合力提供核心点击1简谐运动中相关量的变化规律(1)变化规律：当物体做简谐运动时，它偏离平衡位置的位移x、回复力F、加速度a、速度v、动能Ek、势能Ep及振动能量E，遵循一定的变化规律，可列表如下：物理量xFavEkEpE远离平衡位置运动增大增大增大减小减小增大不变最大位移处最大最大最大零零最大不变靠近平衡位置运
6、动减小减小减小增大增大减小不变平衡位置零零零最大最大最小不变(2)两个转折点平衡位置是速度大小、位移方向、回复力方向和加速度方向变化的转折点；最大位移处是速度方向变化的转折点(3)一个守恒：简谐运动过程中动能和势能之间相互转化，但总的能量守恒2简谐运动的对称性如图112所示，物体在A与B间运动，O点为平衡位置，任取关于O点对称的C、D两点，则有：(1)时间对称(2)位移、回复力、加速度大小对称(3)速率、动能对称图1124如图113，当振子由A向O运动时，下列说法中正确的是()A振子的位移大小在减小B振子的运动方向向左C振子的位移方向向左D振子的位移大小在增大E振子所受的回复力在减小图113【
7、解析】本题中位移的参考点应是O点，所以C、D错误由于振子在O点的右侧由A向O运动，所以振子的位移方向向右，且大小在不断减小，回复力的大小和位移成正比，故减小，正确答案为A、B、E.【答案】ABE5.如图114所示，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(v0)相同，那么，下列说法正确的是() 【导学号：78510001】图114A振子在M、N两点所受弹簧弹力相同B振子在M、N两点相对平衡位置的位移大小相同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E从M点到N点振子的动能先增大，再减小【解析】因位移、速度、加速度和弹力都是矢量，
8、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，振子所受弹力应大小相等、方向相反，振子位移也是大小相等，方向相反由此可知，A错误，B正确振子在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MO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ON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选项错误振子由M到N的过程中，其动能先增大后减小，故E正确【答案】BCE6.如图115所示，质量为m的物体A放在质量为M的物体B上，B与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐运动，振动过程中，A、B之间无相对滑动，设弹簧的劲度系数为k，求当
9、物体离开平衡位置的位移为x时，B对A的摩擦力大小图115【解析】A、B两物体做简谐运动的回复力由弹簧的弹力提供，当物体离开平衡位置的位移为x时，回复力大小Fkx，A和B的共同加速度大小a，而物体A做简谐运动的回复力由A受到的静摩擦力提供，由此可知fma.【答案】分析简谐运动应注意的问题1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2回复力是变力，大小、方向发生变化，加速度也随之发生变化3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学业分层测评(一)(建议用时：45分钟)学业达标1关于机械振动的位移和平衡位置，以下说法中正确的是(
10、)A平衡位置就是物体所受回复力为零的位置B机械振动的位移是以平衡位置为起点的位移C做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E物体从某一位置向平衡位置移动时，位移减小【解析】平衡位置是振动物体所受回复力为零的位置，A正确为了描述机械振动的质点的位置随时间的变化规律，人们总是把机械振动位移的起点定在平衡位置上，所以B正确当物体无论运动了多少路程后，只要它回到了平衡位置，其总位移为零，可见位移的大小和路程之间不一定有对应关系，所以C、D都不正确物体从某一位置向平衡位置移动时位移减小，E正确【答案】ABE2有一弹簧振子做简谐运动，则()A加速
11、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E位移为零时，动能最大【解析】振子加速度最大时，在最大位移处，此时振子的速度为零，由Fkx知道，此时振子所受回复力最大，所以A错，C、D正确；振子速度最大时，是经过平衡位置时，此时位移为零，所以B错；位移为零时，动能一定最大，E正确【答案】CDE3做简谐运动的弹簧振子在某段时间内速度越来越大，则这段时间内()A振子的位移越来越大B振子正向平衡位置运动C振子速度与位移方向相同D振子速度与位移方向相反E振子所受的回复力越来越小【解析】弹簧振子在某段时间内速度越来越大，说明它正向平衡位置运动，故位移越来越小，A
12、错，B对；位移方向是从平衡位置指向振子，故振子速度与位移方向相反，C错，D对；速度增大时，位移减小，回复力也减小，E正确【答案】BDE4弹簧振子在做简谐运动的过程中，下列说法正确的是() 【导学号：78510002】A在平衡位置时它的机械能最大B在最大位移处时它的弹性势能最大C从平衡位置向最大位移处运动时，它的动能减小D从最大位移处向平衡位置运动时，它的动能减小E在振动过程中，系统的机械能守恒【解析】弹簧振子在振动的过程中机械能守恒，弹性势能和动能相互转化，由最大位移处向平衡位置运动时，弹性势能转化成动能，在最大位移处，弹簧的弹性势能最大，在平衡位置时动能最大，在振动过程中机械能保持守恒，故B
13、，C，E正确【答案】BCE5物体做简谐运动的过程中，有A、A两点关于平衡位置对称，则下列说法正确的是()A物体在A点和A点的位移相同B物体在两点处的速度可能相同C物体在两点处的加速度大小一定相同D物体在两点处的动能一定相同E物体在两点所受的回复力一定相同【解析】做简谐运动的物体关于平衡位置具有对称性A和A关于平衡位置对称，振子在A和A点时位移大小相等，方向相反；物体在两处的速度可能相同，也可能速度大小相等，方向相反；物体在两处的加速度大小相等，方向相反由于在两处速度大小相等，故动能一定相同关于平衡位置对称的两点回复力大小相等但方向相反，故A、E错误，B、C、D正确【答案】BCD6物体m以O点为
14、平衡位置，在A、B间做简谐运动，如图116所示，下列说法正确的是()图116A物体在A、B两点的速度和加速度都是零B物体通过O点时，加速度方向发生变化C回复力方向总是跟物体速度方向相反D物体离开平衡位置的运动是减速运动E物体由A到B的过程中加速度先减小后增大【解析】物体做简谐运动时，通过平衡位置一次，回复力的方向变化一次，所以加速度方向改变一次，B正确；物体运动到最大位移A、B处时，回复力最大，所以加速度最大，A错误；当物体向平衡位置运动时，回复力的方向跟速度方向相同，C错误；物体由平衡位置向最大位移处运动时，回复力的方向跟速度方向相反，是减速运动，D正确；物体由A到B加速度先减小后增大，E正
15、确【答案】BDE7关于质点做简谐运动，下列说法中正确的是()A在某一时刻，它的速度与回复力的方向相同，与位移的方向相反B在某一时刻，它的速度、位移和加速度的方向都相同C在某一段时间内，它的回复力的大小增大，动能也增大D在某一段时间内，它的势能减小，加速度的大小也减小E在某一段时间内，其位移先减小后增大，动能先增大后减小【解析】如图，设O为质点做简谐运动的平衡位置，它由C经过O到B，又由B经过O到C一个周期内，由于质点受到的回复力和位移的方向总是相反的，且质点由B到O和由C到O的过程中，速度的方向与回复力的方向相同，A正确质点的位移方向与加速度方向总相反，B不正确质点振动过程中，当回复力增大时，
16、其势能增加，根据机械能守恒定律，其动能必然减小，C不正确当质点的势能减小时，如从C到O或从B到O阶段，回复力减小，势能减小，质点的加速度大小也减小，D正确质点由B向C运动时，其位移先减小后增大，动能先增大后减小，E正确【答案】ADE8.如图117所示，重物静止时处于位置O，向下拉动重物，重物便在平衡位置附近振动起来，那么竖直方向的弹簧振子所做的运动是简谐运动吗？图117【解析】振子的平衡位置为O，设向下方向为正方向，此时弹簧的形变为x0，根据胡克定律及平衡条件有mgkx00当振子向下偏离平衡位置x时，有F回mgk(xx0)联立以上两式，得F回kx，故弹簧振子的振动满足简谐运动的条件，所做的运动
17、是简谐运动【答案】见解析能力提升9当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法中正确的是()A振子在振动过程中，速度相同时，弹簧的长度一定相等，弹性势能相等B振子从最低点向平衡位置运动的过程中，弹簧弹力始终做负功C振子在运动过程中的回复力由弹簧弹力和振子重力的合力提供D振子在运动过程中，系统的机械能守垣E振子在平衡位置时，动能最大，重力势能和弹性势能的和最小【解析】振子在平衡位置两侧往复运动，速度相同的位置可能出现在关于平衡位置对称的两点，这时弹簧长度明显不等，A错；振子由最低点向平衡位置运动的过程中，弹簧对振子施加的力指向平衡位置，做正功，B错；振子运动过程中的回复力由振子所受合力提供且运
18、动过程中机械能守恒，故C、D对振动在平衡位置时动能最大，重力势能和弹性势能的和最小，E正确【答案】CDE10.如图118所示，弹簧振子B上放一个物块A，在A与B一起做简谐运动的过程中，关于A受力说法中正确的是() 【导学号：78510003】图118A物块A受重力、支持力及弹簧对它的恒定的弹力B物块B受重力、支持力、A物块对它的压力和摩擦力及弹簧弹力C物块A受重力、支持力及B对它的恒定的摩擦力D物块A受重力、支持力及B对它的大小和方向都随时间变化的摩擦力E物块B所受的弹簧弹力和A对它的摩擦力都是变力【解析】物块A受到重力、支持力和摩擦力的作用摩擦力提供回复力，所以其大小和方向都随时间变化，D选
19、项正确物块B受重力、支持力、A物块对它的压力和摩擦力及弹簧弹力，其中弹簧弹力和A对它的摩擦力都是变力，故B、E正确【答案】BDE11如图119所示，一个小球在两个相对的光滑斜面之间往复运动，试说明这个小球是否做简谐运动？图119【解析】小球不是做简谐运动因为小球在斜面上运动的过程中，所受力为恒力，故为匀变速运动，而简谐运动是变加速运动所以不可能是简谐运动【答案】不是简谐运动，说明见解析12如图1110所示，光滑的水平面上放有一弹簧振子，轻弹簧右端固定在滑块上，已知滑块质量m0.5 kg，弹簧劲度系数k240 N/m，将滑块从平衡位置O向左平移，将弹簧压缩5 cm，静止释放后滑块在A、B间滑动，则：图1110(1)滑块加速度最大是在A、B、O三点中哪点？此时滑块加速度多大？(2)滑动速度最大是在A、B、O三点中哪点？此时滑块速度多大？(假设整个系统具有的最大弹性势能为0.3 J)【解析】(1)由于简谐运动的加速度ax，故加速度最大的位置在最大位移处的A或B两点，加速度大小ax0.05 m/s224 m/s2.(2)在平衡位置O滑块的速度最大根据机械能守恒，有Epmmv故vmm/s1.1 m/s.【答案】(1)A点或B点24 m/s2(2)O点1.1 m/s