2.3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课件

2.3简谐运动的回复力和能量 第二章 机械振动 www.xfwuli.com 当我们把弹簧振子的小球拉离平衡位置释放后，小球就会在平衡位置附近做简谐运动。小球的受力满足什么特点才会做这种运动呢？ 情景引入 www.xfwuli.com X X X X F F F F 物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？ 新课教学 www.xfwuli.com 一、简谐运动的回复力 4.公式: “-” 表示回复力方向始终与位移方向相反. 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、回复力来源： 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. (1)由F＝－kx知，简谐运动的回复力大小与振子的位移大小成正比，回复力的方向与位移的方向相反，即回复力的方向总是指向平衡位置． (2)公式F＝－kx中的k指的是回复力与位移的比例系数，而不一定是弹簧的劲度系数，系数k由振动系统自身决定． (3)根据牛顿第二定律得，a＝F/m＝kx/m，表明弹簧振子做简谐运动时振子的加速度大小也与位移大小成正比，加速度方向与位移方向相反． 新课教学 www.xfwuli.com 如果质点所受的回复力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且始终指向平衡位置（即与位移方向相反）,质点的运动就是简谐运动。 5.简谐运动的动力学特点（条件） F回= – k x 大量理论研究表明：如果质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。 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。 一、简谐运动的回复力 新课教学 www.xfwuli.com (多选)如图所示，弹簧振子在光滑水平杆上的A、B两点之间做往复运动，下列说法正确的是(　　) AD A．弹簧振子在运动过程中受重力、支持力和弹簧弹力的作用 B．弹簧振子在运动过程中受重力、支持力、弹簧弹力和回复力作用 C．弹簧振子由A向O运动的过程中，回复力逐渐增大 D．弹簧振子由O向B运动的过程中，回复力的方向指向平衡位置 做一做 www.xfwuli.com 二、简谐运动的能量 1、总机械能=任意位置的动能+势能=平衡位置的动能=振幅位置的势能 2、振动系统的能量与振动的振幅和劲度系数有关。劲度系数越大,振幅越大，振动的能量越大；如果没有摩擦力和空气阻力，在简谐运动过程中就只有动能和势能的相互转化，振动的机械能守恒。 3.实际的振动总是要受到摩擦和阻力，因此在振动过程中需要不断克服外界阻力做功而消耗能量，振幅会逐渐减小，最终停下来 物体在做简谐运动时的Ek-t和Ep-t及E-t图象 t E 0 机械能 势能 动能 A B O 新课教学 www.xfwuli.com 二、简谐运动的能量 M M→O O O→M' M' M'→O 位移 回复力 加速度 速度 动能 弹性势能 机械能 O→M 右；最大 左；最大 左；最大 0 0 最大 不变 右； 左； 左； 左； 不变 0 0 0 左；最大 最大 0 不变 左； 右； 右； 左； 不变 左；最大 右；最大 右；最大 0 0 最大 不变 左； 右； 右； 右； 不变 右； 左； 左； 右； 不变 新课教学 www.xfwuli.com 简谐运动中x、F、a、v、Ek、Ep量的关系： 1.把握两个特殊位置 2.位移与回复力（加速度）的关系 最大位移处，x、F、a、Ep最大，v、Ek为零； 平衡位置处，x、F、a、Ep为零，v、Ek最大. 大小关系：F= - kx知，力与位移大小成正比； 方向关系：力与位移方向总相反. 3.位移方向的确定 由定义的角度：简谐运动的位移由平衡位置指向振子所在位置 由位移与回复力关系：位移与回复力方向相反 4.回复力方向的确定 由定义的角度：简谐运动的回复力总指向平衡位置； 由位移与回复力关系：位移与回复力方向相反. 要点总结 www.xfwuli.com 1、如图所示，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(v≠0)相同．那么，下列说法正确的是(　　) A．振子在M、N两点所受弹簧弹力相同 B．振子在M、N两点对平衡位置的位移相同 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 C