2.3 简谐运动的回复力和能量-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

第二章 机械振动 第3节简谐运动的回复力和能量 答案精解P [学习目标]1.理解回复力的概念，会根据回复力的特点判断物体是否做简谐运动（物理观念）.2.会 用动力学的观点和能量的观点分析简谐运动中位移、速度、回复力、加速度、动能、势能的变化规律（科 学思维) 课前·教材预案 教材梳理 2.简谐运动的能量特点 知识点一 简谐运动的回复力 在简谐运动中，振动系统的机械能 而在实际运动中都有一定的能量损耗，因此简 1.回复力的概念 谐运动是一种 的模型. 振动物体受到的总能使其回到 的力 3.决定能量大小的因素 称为回复力 (1)振动系统的机械能跟 有关， 2.回复力的效果 越大，机械能越大，振动越强： 使物体回到 位置. (2)在简谐运动中，振动系统的机械能 注意：回复力是根据力的效果命名的力，它可 所以简谐运动是 (选填“等幅”或“不 以是某个力，也可以是某个力的分力，还可以 等幅”)振动. 是某几个力的合力： 1自主检测 3.简谐运动回复力表达式 L.判断下列说法的正误。 F= ,该式表明回复力方向与位移方向 (1)回复力是一个单独的力，是一种新的性质力. 始终 注意：表达式中k是比例系数，并非弹簧的劲 (2)回复力的方向总是与位移的方向相反. 度系数（水平弹簧振子中的k才为弹簧的劲度 系数)，其值由振动系统决定，与振幅无关 (3)水平弹簧振子做简谐运动时机械能守恒. () 4.简谐运动的动力学特征 (4)做简谐运动的物体能量变化的周期等于简 如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平 谐运动的周期 () 衡位置位移的大小成 并且总是指向 2.如图所示的弹簧振子，O为平衡位置，B、C为 ,那么物体的运动就是简谐运动。 最大位移位置，以向右的方向为正方向，则振 知识点二简谐运动的能量 子从B运动到O的过程中，位移方向为 1,振动系统（弹簧振子）的状态与能量的对应关系 ,大小逐渐 :回复力方向为 弹簧振子运动的过程就是 和 ,大小逐渐 :振子速度方向 互相转化的过程. 为 ,大小逐渐 :动能逐渐 (1)在最大位移处， 最大， :势能逐渐 (均选填“正” 为零 “负”“增大”或“减小”) (2)在平衡位置处， 最大， 最小. 0 B ·43· 物理选择性必修第一册课堂学案 课堂·深度探究 考点一简谐运动的回复力 4.物体做简谐运动的判断方法 【情境导学】如图所示为水平方向的弹簧振子模 (1)简谐运动的回复力满足F=一kx: 型.当小球离开O点后，是什么力使其回到平衡 (2)简谐运动的振动图像是正弦曲线. 位置的？ 【例题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 3 A08 A.弹簧振子运动过程中受重力、支持力和弹 簧弹力的作用 【知识拓展】 B.弹簧振子运动过程中受重力、支持力、弹簧 1.简谐运动的回复力 弹力和回复力的作用 (1)回复力的方向总是指向平衡位置，回复力 C.小球由A向O运动过程中，回复力逐渐 为零的位置就是平衡位置. 增大 (2)回复力的性质 D.小球由O向B运动过程中，回复力的方向 回复力是根据力的效果命名的，可能由合力、 指向平衡位置 某个力或某个力的分力提供.它一定等于振动 思维导引：理解回复力的性质，会分析回复力 物体在振动方向上所受的合力.例如：如图甲 在小球运动过程中的变化情况. 所示，水平方向的弹簧振子，弹簧弹力充当回 方法应用 复力：如图乙所示，竖直方向的弹簧振子，弹簧 简谐运动的判断方法 弹力和重力的合力充当回复力：如图丙所示，m 1.运动学方法 随M一起振动，m的回复力由M与m之间的 找出质点的位移与时间的关系，若遵循正 静摩擦力提供， 弦函数的规律，即它的振动图像(x-t图 像)是一条正弦曲线，就可以判定此振动 为简谐运动。 2.简谐运动的回复力公式：F=一k.x 2.动力学方法 授店平有位置，膏 (1)k是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数 [①必蚁价究刘象 振动物饺 渝定方向 班试程为岗平 其值由振动系统决定，与振幅无关 只分所动物 2分前受力情祝 南位骨的状处分析 1作生到包力 (2)“一”号表示回复力的方向与偏离平衡位置 对各计深薄方问 方向的合 找日回复力 的位移的方向相反。 出 「若符 3.简谐运动的加速度 写成F=-形因 公考盗锅大家 信店 是作符合F=k 由F=一kx及牛顿第二定律F=ma可知：a= 合，加速度a与位移x的大小成正比，方向 【变式1】如图所示，劲度系数为k的弹簧上端固 定在天花板的P点，下端挂一质量为m的物 与位移方向相反· 块，物块静止后，再向下拉长弹簧，然后放 ·44 第二章 机械振动 手，弹簧上下振动，试说明物块的运动是简谐 运动. 4 A.小球在O位置时，动能最大，加速度最小 B.小球在A、B位置时，动能最大，加