2.3简谐运动的回复力和能量 （课件）-2020-2021学年高中物理精品备课(2019人教版选择性必修一)

新人教版 选择性必修一 第二章 机械振动 第3节 简谐运动的回复力和能量 新教材 新高考 新教材 新高考 我们学过哪些运动及其受力如何？ 复习回顾 运动 受力特点 力大小变化情况 与速度的方向关系 匀速直线运动 匀变速直线运动 匀变速曲线运动 匀速圆周运动 …… …… …… F合与v在一条直线上 F合与v方向有一夹角 F合与v方向始终垂直 新教材 新高考 一、机械振动 ——定义:物体在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动．通常简称振动 最简单、最基本的振动是简谐运动 复习: 新教材 新高考 二 、 简谐运动 a.小球可看作质点且阻力忽略不计 b.弹簧的质量忽略不计 1、 弹簧振子 (2)平衡位置（O点） : 振子静止时所处的位置.此时弹簧长度为原长. (1)理想模型: 2、简谐运动的位移: 总是从平衡位置指向振子位置即总是背离平衡位置 新教材 新高考 弹簧振子为什么会做往复运动? 1.存在力 2.惯性 这个力有什么特点? 新教材 新高考 新教材 新高考 物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？ O A B C D O A B C D O A B C D O A B C D O A B C D O A B C D O A B C D O B C D A x x x x x x F F F F F F 总是指向平衡位置 新教材 新高考 一.简谐运动的回复力 1.定义: 2.特点: 按力的作用效果命名，方向始终指向平衡位置 使振子回到平衡位置的力 3.来源： 回复力可以是弹力,也可以是其它力(包括摩擦力);可以是某一个力，或几个力的合力,或者某个力的分力. 新教材 新高考 4.公式: “-” 表示回复力方向始终与位移方向相反. (1)大小: (2)方向: 总是指向平衡位置. 弹簧的劲度系数(常量 离开平衡位置的位移 弹簧振子的加速度有何特点呢？ a=F/m,与回复力变化情况相同。 新教材 新高考 新教材 新高考 新教材 新高考 4. 简谐运动的定义的另一种表述： 注意：对一般的简谐运动，由于回复力不一定是弹簧的弹力，，所以k不一定是劲度系数而是回复力与位移的比例系数 如果质点所受的力与它 偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置,质点的运动就是简谐运动.即回复力满足 F= -kx的运动就是简谐运动 一种变加速直线运动 新教材 新高考 两种判断物体是否做简谐运动的方法 ①x-t图像为正弦曲线 ②F-x 满足 F=-kx的形式 总结 新教材 新高考 两种判断物体是否做简谐运动的方法 ①x-t图像为正弦曲线 ②F-x 满足 F=-kx的形式 用第二种方法来判断竖直的弹簧拉一个小球的振动是不是简谐运动？ 证明步骤： 1、找平衡位置 2、找回复力 3、找F=kx 4、找方向关系 总结 新教材 新高考 规定向下为正方向 平衡位置: C点弹力: 振子受的回复力 新教材 新高考 此时弹簧振子的回复力还是不是弹簧的弹力？ 不是，是重力和弹力的合力。 注：回复力是按照力的作用效果来命名的．可能是一个力的分力，也可能是几个力的合力． 思考 新教材 新高考 简谐运动的证明 斜面上小球——弹簧振动系统 一个振动，如果回复力与偏离平衡位置的位移成正比而且方向与位移相反，就能判定它是简谐运动。请你据此证明：把下图中倾角为θ 的光滑斜面上的小球沿斜面拉下一段距离，然后松开，小球的运动是简谐运动。 小球静止时受到重力、斜面的支持力和弹簧的拉力三个力的作用。平衡时弹簧伸长了     ，则 弹簧拉长后，设离开平衡位置的位移为 x，规定 x 方向为正方向，则弹簧的拉力 小球沿斜面方向受的合力即为小球受的回复力 这个力与偏离平衡位置的位移成正比且方向相反，因此小球的运动是简谐运动 新教材 新高考 简谐运动的证明 某人想判定以下振动是不是简谐运动，请你陈述求证的思路（可以不做定量证明） 1. 粗细均匀的一条木块，下端绕几圈铁丝，竖直浮在较大的筒中(如图)。把木筷往上提起一段距离后放手，木筷就在水中上下振动； 2. 光滑圆弧面上有一个小球，把它从最低点移开一小段距离，放手后，小球以最低点为平衡位置左右振动(如图)。 均匀木筷在水中的上下振动 圆弧面上小球的左右振动 (1)如果不考虑水的粘滞阻力，木筷受到重力和水的浮力，重力恒定不变，浮力与排开水的体积成正比，木筷静止时的位置看做平衡位置。以平衡位置为坐标原点，如果木筷所受合力与其偏离平衡位置的位移成正比，且方向相反，则可判定木筷做简谐运动。 (2)小球受到重力和圆弧面的支持力。重力恒定不变，支持力始终与运动方向垂直。如果重力沿圆弧面切线方向的分力与其偏离平衡位置的位移成正比，且