2.3 简谐运动的回复力和能量（教学课件）-【上好课】2022-2023学年高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第一册）

§3 简谐运动的回复力和能量 高二物理（人教版2019） 选择性必修 第一册 第二章 机械振动 思考与讨论： 新课引入 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？ 带着这样一个问题，我们来学习这节课的内容 简谐运动的回复力 01 简谐运动的能量 02 学习目标 O A B O A B C D O A B C D O A B C D O A B C D 振子做简谐运动时，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 B C D A X X X X X X F F F F F F 结论： 弹簧振子做简谐运动时，小球的所受合力始终指向平衡位置。因为合外力的这个特点，所以使得小球在平衡位置做往复运动。 新课讲授 一、简谐运动的回复力 1.定义：使振子回到平衡位置的力。 O A B C D O B C D A X F O A B C D X F 思考与讨论： ①弹簧振子在O点的合力为多少？ ②你认为迫使弹簧振子回到平衡位置的回复力是什么力提供的？是否和向心力有类似特点？ ③根据右图，当弹簧振子偏离平衡位置时，弹簧弹力与相对平衡位置位移在大小方向上有何特点和关系？ 新课讲授 一、简谐运动的回复力 1.定义：使振子回到平衡位置的力。 2.特点：按力的作用效果命名，方向始终指向平衡位置。 3.大小：回复力与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）。 新课讲授 一、简谐运动的回复力 大小 图像 回复力 加速度 4.回复力和加速度的大小及图像 F= -kx a 新课讲授 一、简谐运动的回复力 思考与讨论： （1）你认为以下五种情况，它们各自平衡位置在哪里？此处回复力等于多少？ （2）你认为以下五种情况，它们做振动的回复力由哪些力提供？ 新课讲授 一、简谐运动的回复力 5.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。 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。 6.简谐运动的力学特征： 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。 新课讲授 一、简谐运动的回复力 思考与讨论： （1）你能想到几种办法证明竖直方向振动的弹簧振子所做的振动是简谐运动？ 判断物体是否做简谐运动的方法： ①根据x-t振动图像去判断; ②根据回复力的规律F=-kx去判断. 新课讲授 一、简谐运动的回复力 （2）如果让你采用第二种办法，你可以弹簧振子所做的振动是简谐运动吗？ 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 新课讲授 一、简谐运动的回复力 证明: ①平衡状态时，有：mg-kx0=0 ②当向下拉动x长度时弹簧所受的合外力为： F= -k(x+x0)+mg = -kx-kx0+mg = -kx (符合简谐运动的公式) 新课讲授 二、简谐运动的能量 思考与讨论： 通过对弹簧振子所作简谐运动的学习，我们知道了，弹簧振子的速度是不断变化的，所以它的动能也是不断变化的；弹簧的伸长量和压缩量也是不断变化的，所以它的弹性势能也是不断变化的。那么弹簧振子的能量变化具有什么规律呢？ 二、简谐运动的能量 O Q P 位置 Q Q→O O O→P P 位移的大小 速度的大小 动能 弹性势能 机械能 最大 ↓ 0 ↑ 最大 0 ↑ 最大 ↓ 0 0 ↑ 最大 ↓ 0 最大 ↓ 0 ↑ 最大 不变 不变 不变 不变 不变 二、简谐运动的能量 1.简谐运动中动能和势能相互转化，但机械能总量不变，即机械能守恒，是理想化模型。 2.简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大。 3.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 Q P O 课堂小结 课堂练习 A 课堂练习 C 课堂练习 课堂练习 C 课堂练习 课堂练习 D 课堂练习 课堂练习 CD 课堂练习 课堂练习 AD 课堂练习 课堂练习 本节课结束 谢谢聆听 1．物体做简谐运动的过程中，下列说法正确的是（　　） A．当物体的位移减小时，其速度和加速度的方向一定相同 B．当物体的速度变化最快时，其动能最大 C．当物体的加速度与速度反向时，其回复力正在减小 D．在物体的动能相等的两个时刻，其加速度相同 【答案】A 【详解】A．当物体的