2.3.简谐运动的回复力和能量 课件-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第二章 机械振动 3.简谐运动的回复力和能量 教学目标 CONTENT 01 02 03 定性说明弹簧振子系统的机械能守恒 理解回复力的概念、简谐运动的能量 会用动力学方法分析简谐运动的变化规律 2 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？ 新课引入 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? 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 受力特征：合力始终指向平衡位置，大小与位移成正比，方向相反。 位移特点：位移的方向始终背离平衡位置 F合=- kx 1.回复力： 2.特点: 按力的作用效果命名，方向始终指向平衡位置. 振动物体偏离平衡位置后受到使它回到平衡位置的力. 3.回复力来源： 振动方向上的合外力，回复力可以是重力、弹力、摩擦力，还可以是几个力的合力或某个力的分力。 简谐运动的回复力 一 知能提升 5.大小: “-” 表示回复力方向始终与位移方向相反. 弹簧的劲度系数(常量） 离开平衡位置的位移 如果物体在运动的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（即与位移方向相反）,质点的运动就是简谐运动。 4.简谐运动的动力学特点 6.简谐运动的运动学特点： 位移x：平衡位置为零，位移方向始终背离平衡位置 速度v：平衡位置最大，最大位移处为零 加速度a：平衡位置为零，最大位移处最大，方向始终指向平衡位置 x v F、a 动能 势能 A A-O O O-B B 向左最大 向左减小 向右最大 向右最大 0 向右最大 向右增大 向右减小 0 0 向右增大 向右减小 向左增大 0 向左最大 0 增大 最大 减小 0 最大 减小 0 增大 最大 A B O 最大位移处 x、F、a、Ep最大，v=0，Ek=0 平衡位置处 x=0、F=0、a=0、Ep最小，v、Ek最大 简谐运动的能量 二 知能提升 简谐运动中x、F、a、v、Ek、Ep量的关系 1.把握两个特殊位置 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 2.位移与回复力（加速度）的关系 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 规律总结 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 简谐运动中x、F、a、v、Ek、Ep量的关系 规律总结 例．如下图所示为一弹簧振子的振动图象，在下图中A、B、C、D、E、F各时刻中： (1)哪些时刻振子有最大动能？ (2)哪些时刻振子有相同速度？ (3)哪些时刻振子有最大势能？ (4)哪些时刻振子有最大相同的加速度？ 典例精析 B、D、F时刻振子有最大动能 A、C、E时刻振子速度相同，B、F时刻振子速度相同 A、C、E时刻振子有最大势能 A、E时刻有最大相同的加速度 解析：由图可知，B、D、F点在平衡位置，具有最大动能，而A、C、E点在最大位移处，具有最大势能。 根据振动方向：B、F两点向负方向振动，D点向正方向振动，可知D点与B、F点虽然速率相同，但方向相反。 根据位移：A、E两点位移相同，C点位移虽然大小与A、E两点相等，但方向相反可知C点与A、E点虽然受力相同，但方向相反，故加速度大小相等，方向相反。 一、简谐运动的回复力 二、简谐运动的能量 课堂小结 1.(多选)如图所示,弹簧振子在光滑水平杆上的A、B之间做往复运动,下列说法正确的是(　　) A.弹簧振子运动过程中受重力、支持力和弹簧弹力的作用 B.弹簧振子运动过程中受重力、支持力、弹簧弹力和回复力作用 C.振子由A向O运动过程中,回复力增大 D.振子由O向B运动过程中,动能减小、势能增大 跟踪练习 AD 解析:回复力是根据效果命名的力,不是做简谐运动的物体受到的具体的力,它是由物体受到的具体的力所提供的,在此情景中弹簧的弹力充当回复力,故A项正确,B项错误;回复力与位移的大小成正比,由A向O运动过程中位移的大小在减小,故此过程回复力逐渐减小,C项错误;振子由O向B运动过程中,位移增大,势能增大;速度减小,动能减小。故D项正确。 2.如图所示,质量为m1的物体A放置在质量为m2的物体B上,B与弹簧相连,它们一起在光滑水平面上做简谐运动,振动过程中A、B之间无相对运动,设弹簧劲度系数为k,当物体离开平衡位置的位移为x