第2章 3 简谐运动的回复力和能量—2020-2021学年新教材人教版（2019）高中物理选择性必修第一册讲义

3．简谐运动的回复力和能量 学习目标：1.[物理观念]理解回复力的概念、简谐运动的能量．　2.[科学思维]会用动力学方法，分析简谐运动的变化规律．　3.[科学探究]能定性地说明弹簧振子系统的机械能守恒． ☆ 阅读本节教材，回答第41页“问题”并梳理必要知识点． 教材第41页问题提示：小球受到的力与小球偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置． 一、简谐运动的回复力 1．回复力 (1)定义：振动质点受到的总能使其回到平衡位置的力． (2)方向：指向平衡位置． (3)表达式：F＝－kx. 2．简谐运动的动力学特征 如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动． 说明：(3)式中k是比例系数，并非弹簧的劲度系数(水平弹簧振子中的k才为弹簧的劲度系数)，其值由振动系统决定，与振幅无关． 二、简谐运动的能量 1．振动系统(弹簧振子)的状态与能量的对应关系 弹簧振子运动的过程就是动能和势能互相转化的过程． (1)在最大位移处，势能最大，动能为零． (2)在平衡位置处，动能最大，势能最小． 2．简谐运动的能量特点：在简谐运动中，振动系统的机械能守恒，而在实际运动中都有一定的能量损耗，因此简谐运动是一种理想化的模型． 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)简谐运动是一种理想化的振动． (√) (2)水平弹簧振子运动到平衡位置时，回复力为零，因此能量一定为零． (×) (3)弹簧振子位移最大时，势能也最大． (√) (4)回复力的方向总是与位移的方向相反． (√) 2．(多选)弹簧振子在光滑水平面上做简谐运动，在振子向平衡位置运动的过程中(　　) A．振子所受的回复力逐渐增大 B．振子的位移逐渐减小 C．振子的速度逐渐减小 D．振子的加速度逐渐减小 BD　[该题考查的是回复力、加速度、速度随位移的变化关系，应根据牛顿第二定律进行分析．当振子向平衡位置运动时，位移逐渐减小，而回复力与位移大小成正比，故回复力也减小．由牛顿第二定律a＝得加速度也减小．振子向着平衡位置运动时，回复力与速度方向一致，即加速度与速度方向一致，故振子的速度逐渐增大．故正确答案为B、D.] 3.(多选)把一个小球套在光滑细杆上，球与轻弹簧相连组成弹簧振子，小球沿杆在水平方向做简谐运动，它围绕平衡位置O在A、B间振动，如图所示，下列