内容正文:
第3课 简谐运动的回复力和能量
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学习目标
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课程标准
学习目标
通过实验,认识简谐运动的特征。能用公式和图像描述简谐运动。
1.通过对弹簧振子运动过程的观察和受力分析,从力与运动的关系、能量两个角度认识简谐运动的特征,进一步深化对质点运动的认识,发展运动与相互作用观念、能量观念。
2.通过分析回复力与位移的关系,认识简谐运动是一种变力作用下的变加速运动。
3.通过分析弹簧振子在不同位置的速度大小、速度方向、加速度大小、加速度方向,以及动能和弹性势能之间的转化,深化对位移、速度、加速度、机械能等重要的物理概念的认识。
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预习导学
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(一)课前阅读:
回复力:使振子返回平衡位置并总指向平衡位置的力。
作用:使振子返回平衡位置。
回复力是一种效果力。
对于标准的简谐振动,回复力就一定是合力,这样才能由回复力来直接决定加速度.
回复力可以是合外力,其不单纯是指某一个力。它是根据力的作用效果“总是要把物体拉回到平衡位置”命名的;回复力不是一种特殊性质的力。但回复力也不一定就是合外力。不同振动中回复力的来源不同。
有回复力的物体不一定做简谐运动。
(二)基础梳理
一、简谐运动的回复力
(一)水平弹簧振子
1、回复力大小:
2、回复力方向:
3、回复力:
(二)简谐运动的受力特点
1.回复力
(1)定义:使物体在 附近做往复运动的力.
(2)方向:弹簧振子的回复力总是 平衡位置。
(3)来源:属于 力,可以是某一个力,也可以是几个力的 或某个力的 .
2.平衡位置:物体在振动过程中回复力为 的位置.
3、简谐运动的受力特征:回复力F= ,F(或a)的大小与x的大小成 ,方向 。
(三)简谐运动的加速度
a=-
【概念衔接】回复力、合力、性质力、效果力
【拓展补充】竖直弹簧振子的回复力:-kx(x大小不是弹簧的形变量)
【即学即练】1.如图(a),一弹簧振子在AB间做简谐运动,O为平衡位置,如图(b)是振子做简谐运动时的位移-时间图象.则关于振子的加速度随时间的变化规律.下列四个图象中正确的是( )
(a)
(b)
A B
2.(多选)一水平弹簧振子做简谐运动的振动图象如图所示,已知弹簧的劲度系数为20 N/cm,则( )
A.图中A点对应的时刻振子所受的回复力大小为5 N,方向指向x轴的负方向
B.图中A点对应的时刻振子的速度方向指向x轴的正方向
C.在0~4 s内振子做了1.75次全振动
D.在0~4 s内振子通过的路程为3.5 cm
【微点拨】注意区分路程和位移
二、简谐运动的能量
简谐运动能量特征:振动的能量包括动能Ek和势能Ep,简谐运动过程中,系统动能与势能相互 ,弹簧振子系统的机械能 。
【概念衔接】动能、重力势能、弹性势能、机械能
【即学即练】1.(多选)关于简谐运动,以下说法正确的是( )
A.弹簧振子做简谐运动的回复力表达式F=-kx中,F为振动物体所受的合外力,k为弹簧的劲度系数
B.物体的速度再次相同时,所经历的时间一定是一个周期
C.位移的方向总跟加速度的方向相反,跟速度的方向也相反
D.水平弹簧振子在简谐运动中动能和势能的和是不变的
2.如图所示,弹簧下面挂一质量为m的物体,物体在竖直方向上做振幅为A的简谐运动,当物体振动到最高点时,弹簧正好处于原长,弹簧在弹性限度内,则物体在振动过程中( )
A.弹簧的最大弹性势能等于2mgA
B.弹簧的弹性势能和物体动能总和不变
C.物体在最低点时的加速度大小应为2g
D.物体在最低点时所受弹簧的弹力大小应为mg
【微点拨】找到参与转化的所有能量
(三)预习作业
1.弹簧振子以O点为平衡位置,在水平方向上的A、B两点间做简谐运动,以下说法正确的是( )
A.振子在A、B两点时的速度和加速度均为零
B.振子在通过O点时速度的方向将发生改变
C.振子的加速度方向总跟速度方向相反
D.振子离开O点的运动总是减速运动,靠近O点的运动总是加速运动
2. 如图甲所示,水平的光滑杆上有一弹簧振子,振子以O点为平衡位置,在a、b两点之间做简谐运动,设向右为正方向,其振动图象如图乙所示.由振动图象可知( )
A.振子的振动周期等于t1
B.在t=0时刻,振子的位置在a点
C.在t=t1时刻,振子的速度为零
D.从t1到t2,振子正从O点向b点运动
3.(多选)如图甲所示,以O点为平衡位置,弹簧振子在A、B两点间做简谐运动,图乙为这个弹簧振子的振动图象.下列说法中正确的是( )
A.在t=0.2 s时,弹簧振子的加速度为正向最大
B.在t=