2.3 简谐运动的回复力和能量（教学课件）【教学无忧】2022-2023学年高二物理同步精品备课（人教版2019选择性必修第一册）

2.3 简谐运动的回复力和能量 人教版（2019）普通高中物理选择性必修第一册同步教学课件 第二章 机械振动 目录 1 简谐运动的回复力 2 简谐运动的能量 问题 物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？ O A B 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 新课引入 特点：弹簧振子所受的合力F与振子位移X的大小成正比，且合力F的方向总是与位移X的方向相反。 式中K为弹簧的劲度系数 由于力F的方向总是与位移X的方向相反，即总是指向平衡位置。它的作用总是要把物体拉回到平衡位置。所以称为回复力 F=-kx 新课引入 学习任务一：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叫做简谐运动的回复力。 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. 课堂合作探究 学习任务一：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)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。 课堂合作探究 学习任务一：简谐运动的回复力 5.简谐运动的定义的另一种表述： 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。 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。 课堂合作探究 学习任务一：简谐运动的回复力 6.判断物体是否做简谐运动的两种方法 （1）x-t图像为正弦曲线 （2）F-x 满足 F=-kx的形式 （3）常用步骤： ①找平衡位置 ②找回复力 ③找F=kx ④找方向关系 课堂合作探究 学习任务二：简谐运动的能量 做简谐运动的物体，一个周期内能量是如何变化的？ 问题 根据回复力与速度的方向关系，填写后面的表格。 课堂合作探究 学习任务二：简谐运动的能量 课堂合作探究 学习任务二：简谐运动的能量 回忆前面的动画，填写下面的表格 O B C x 位移 回复力 加速度 速度 动能 势能 平衡位置 O 最大位移 B C O → B O → C B → O C → O 方向 运动的方向 指向平衡位置 指向平衡位置 背离平衡位置 max→0 ↓ 0→max ↑ 0→max ↑ max→0 ↓ max→0 ↓ max→0 ↓ 0→max ↑ max→0 ↓ max→0 ↓ 0→max ↑ 0→max ↑ 0→max ↑ max 0 0 max max max 0 max max 0 0 0 课堂合作探究 学习任务二：简谐运动的能量 1.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 C B O 课堂合作探究 学习任务二：简谐运动的能量 2.简谐运动的三大特征 P P/ x F(a) v v x F(a) v v x F(a) （1）瞬时性:a、F、x具有瞬时对应性 （2）对称性: ①关于平衡位置对称的两点，a(F回)大小相等，v大小相等，EK相等，EP相等； ②运动时间对称。 （3）周期性: ①若t2－t1＝nT，则t1、t2两时刻振动物体在同一位置，运动情况完全相同。 ②若t2－t1＝nT＋T/2，则t1、t2两时刻描述运动的物理量(x、F、a、v)大小均相等、方向相反(或均为零)。 课堂合作探究 课堂小结 考点一：简谐运动的回复力 例 1（多选）如图所示，物体系在两弹簧之间，弹簧的劲度系数分别为和，且，两弹簧均处于自然状态。现在向右拉动物体，然后释放，物体在间振动，为平衡位置（不计阻力）。设向右为正方向，物体相对点的位移为x，则下列判断正确的是( ) AD A. 物体做简谐运动， B. 物体做简谐运动， C. 物体所受合力 D. 物体所受合力 [解析] 设物体的位移为，则物体所受的合力，D正确，C错误；可知物体做简谐运动，由简谐运动的对称性可得，A正确，B错误。 典例探究 考点一：简谐运动的回复力 变式训练1. 一根劲度系数为的轻弹簧，上端固定，下端挂一质量为的物体，让其上下振动，振幅为，当物体运动到最高点时，其回复力大小为( ) A. B. C. D. [解析] 在平衡位置时，回复力为零，有。在下端最大位移处，回复力大小。由对称性可知在最高点时的回复力大小也为kA，