第二章 机械振动 课时3 简谐运动的回复力和能量-【南方凤凰台·5A新学案】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册人教版2019安徽版（课件）

第二章 机械振动 课时3　简谐运动的回复力和能量 选择性必修第一册 　南方凤凰台　5A新学案 · 物理 1 核心 目标 1. 理解回复力的概念和性质，理解简谐运动中位移、回复力、加速度、速度的变化规律． 2. 理解简谐运动过程中动能和势能的变化关系及其能量转化，知道弹簧振子系统的机械能守恒． 必备知识 • 记忆理解 1. 回复力 (1) 定义：振动质点受到的总能使其回到____________的力． (2) 方向：指向____________． (3) 表达式：F＝_______． 2. 简谐运动的动力学特征 如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成________，并且总是指向____________，质点的运动就是简谐运动． 平衡位置 1 简谐运动的回复力 平衡位置 －kx 正比 平衡位置 要点梳理 必备知识•记忆理解 1. 振动系统的状态与能量的对应关系 简谐运动的过程就是________和________互相转化的过程． 在最大位移处，________最大，________为零． 在平衡位置处，________最大，________最小． 在振动的一个周期内，动能和势能完成两次周期性变化．振子运动经过平衡位置两侧的对称点时，具有相等的动能和相等的势能． 2. 简谐运动的能量特点：在简谐运动中，没有能量损耗，而在实际运动中都有一定的能量损耗，因此简谐运动是一种__________的模型． 动能 2 简谐运动的能量 势能 势能 动能 动能 势能 理想化 要点梳理 必备知识•记忆理解 1. 下列描述的运动属于简谐运动的是 (　　) A. 图甲中小球在 O 附近两个斜面上来回滚动 B. 图乙中小球在弹簧的作用下沿光滑杆往复运动 C. 乒乓球在地面上的自由来回上下跳动 D. 活塞在汽缸里往复运动 B 解析：小球在斜面上受到的力为恒力，不符合回复力的条件，故不是简谐运动，A错误；小球在弹簧的作用下，小球受到的回复力与小球的位移成正比，方向总是指向平衡位置，是简谐运动，B正确；乒乓球在地面上的自由来回上下跳动，只受重力作用，故合外力为恒力，不符合回复力的规律，故不是简谐运动，C错误；活塞在汽缸里往复运动不遵循简谐运动的位移与时间的规律，故不是简谐运动，D错误． 基础内化 必备知识•记忆理解 2. (2023·涡阳期末)一质点做简谐振动，其位移x与时间t的关系曲线如图所示．由图可知 (　　) A. 质点振动的频率是4 Hz B. 质点振动的振幅是4 cm C. 在t＝3 s时，质点的速度最大 D. 在t＝4 s时，质点所受的回复力为零 C 基础内化 必备知识•记忆理解 基础内化 必备知识•记忆理解 重难突破 • 学会应用 9 1 简谐运动的回复力 1. 回复力的性质 回复力是根据力的效果命名的，可以是一个力，也可以是多个力的合力，还可以是某个力的分力． 2. 简谐运动的回复力的特点 (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． 各个击破 重难突破•学会应用 (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． (4) 因x＝A sin (ωt＋φ)，故回复力F＝－kx＝－kA sin (ωt＋φ)，可见回复力随时间按正弦规律变化． 各个击破 重难突破•学会应用 3. 判断是否为简谐运动的方法 (1) 以平衡位置为原点，沿运动方向建立直线坐标系． (2) 在振动过程中任选一个位置(平衡位置除外)，对振动物体进行受力分析． (3) 将力在振动方向上分解，求出振动方向上的合力． 各个击破 重难突破•学会应用 (2023·滁州定远期中)下列关于简谐运动回复力的说法中正确的是 (　　) A. 回复力是使物体回到平衡位置的力 B. 回复力可以是恒力 C. 回复力的方向总是跟物体离开平衡位置的位移方向相同 D. 回复力的方向总是跟物体的速度方向相反 1 A 解析：回复力是做简谐运动的物体所受到的指向平衡位置的力，由F＝－kx可知，回复力是变力，A正确，B错误；回复力的方向总是指向平衡位置，跟物体离开平衡位置的位移方向相反，可能跟物体的速度方向相反，也可能跟物体的速度方向相同，C、D错误． 各个击破 重难突破•学会应用 2 简谐运动的能量 1. 简谐运动的能量 做简谐运动的物体在振动中经过某一位置时所具有的势能和动能之和称为简谐运动的能量． 2. 对简谐运动的能量的理解 决定因素 简谐运动的能量由振幅决定 能量的获得 最初的能量来自外部，通过外力做功获得 能量的转化 系统只发生动能和势能的相互转化，机械能守恒． 理想化模型 (1) 力的角度：简谐运动不考虑阻力． (2) 能量转化角