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（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 RJ 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　 甲 乙 基础内化 必备知识•记忆理解 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·重庆巴蜀中学)一个小球在水平方向上做简谐运动，其振动图像如图所示，下列说法中正确的是 (　　) A．小球的振幅是2 cm，周期是2 s B．t＝0 s到t＝1 s时间内，小球的动能在减小 C．t＝2 s时和t＝4 s时小球的回复力大小相同 D．t＝2 s到t＝3 s时间内，小球的加速度在增大 C　 解析：由图可知，小球的振幅是2 cm，周期是4 s，A错误；t＝0 s到t＝1 s时间内，小球向平衡位置移动，做加速运动，故这个过程中小球的动能在增加，B错误；t＝2 s时和t＝4 s时小球的回复力大小相同，方向相反，C正确；t＝2 s到t＝3 s时间内，小球向平衡位移运动，回复力逐渐减小，故加速度也在减小，D错误． 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． 各个击破 重难突破•学会应用 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． (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 　　　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