2.3 简谐运动的回复力和能量（同步课件） - 2023-2024学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第一册）

2.3 简谐运动的回复力和能量 第二章 机械振动 《 2019人教版高中物理选择性必修1》同步课件 授课教师： 教学目的 1、掌握简谐运动的定义； 2、了解简谐运动的运动特征； 3、掌握简谐运动的动力学公式； 4、了解简谐运动的能量变化规律。 学习任务 1、掌握简谐运动的定义； 2、了解简谐运动的运动特征； 3、掌握简谐运动的动力学公式； 4、了解简谐运动的能量变化规律。 问题 小球的受力满足什么特点才会做这种运动呢？ 物体做简谐运动时，力(大小、方向)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 回复力 物体做机械振动时，一定受到指向中心位置的力，这个力的作用总能使物体回到中心位置，我们把这个力叫做简谐运动的回复力。 简谐运动的回复力 O A B C D O A B C D X X F F 大小 方向相反 弹簧振子所受的合力F与弹簧的伸长量成正比，以平衡位置为坐标原点，弹簧伸长与振子位移大小相等。 此外合力F的方向总是与位移X的方向相反。 由于力F的方向总是与位移X的方向相反，即总是指向平衡位置。它的作用总是要把物体拉回到平衡位置。所以称为回复力 简谐运动的回复力 1.定义：使振子回到平衡位置的力 2.特点：按力的作用效果命名，方向始终指向平衡位置 3.回复力来源：振动方向上的合外力 4.简谐运动的动力学特点：可以证明，如果质点所受的回复力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且始终指向平衡位置（即与位移方向相反）,质点的运动就是简谐运动。 4.简谐运动的运动学特点： 简谐运动的回复力 试一试：证明竖直放置的弹簧与小球组成的系统，在拉伸一端距离后放开手也做简谐运动。 判断物体是否做简谐运动的步骤 1.以平衡位置为原点，沿运动方向建立坐标系。 2.任选位置，将力在振动方向分解，求振动方向合力。 3.看合力是否符合回复力的规律F=-kx 小试牛刀 一质量为m， 侧面积为s的正方体木块， 静止漂浮在开阔的水面上， 如图所示， 先用力将其压入水中一段深度后(未全部浸没)撤掉外力， 木块在水面上下做简谐运动， 则( ) A. 物块的重力为简谐振动的回复力 B. 撤掉外力时木块的位置即为振动的平衡位置 C. 撤掉外力时木块浸没的深度， 即为振幅大小 D. 振动的周期大小与水的密度有关 D 议一议，以下几种情况小球的动能和弹簧弹性势能如何变化？ 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 议一议，简谐运动各个物理量如何变化？有何规律？ 0 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 议一议有何规律？ 简谐运动各物理量的的规律 X v F、a 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 1.位移、回复力、加速度三个物理量同时增大或减小， 与速度的变化步调相反。 2.平衡位置的位移、加速度和回复力方向变化的转折点。 3.简谐运动的位移起点是平衡位置，是矢量。 简谐运动的能量 A A-O O O-B B 动能 势能 0 增大 最大 减小 0 最大 减小 0 增大 最大 1.简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒。 2.简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大 t E 0 A B O 势能 动能 机械能 简谐运动各个物理量的变化规律 小试牛刀 做机械振动的弹簧振子，每次通过某一个相同位置时，不一定相同的物理量是 ( ) A. 位移 B. 加速度 C. 速度 D. 回复力 C 小试牛刀 图所示，是质点做简谐运动的图像．由此可知( ) A. t=0时，质点位移、速度均为零 B. t=1s时，质点位移最大， 速度为零，回复力最大 C. t=2s时，质点位移为零， 速度沿负向最大，回复力最大 D. t=4s时，质点停止运动 B 小试牛刀 钓鱼是很多人的爱好，浮漂是必不可少的工具，如图是某浮漂静止在静水中的示意图，O、M、N为浮漂上的三个点，此时点O恰好在水面上。用手将浮漂向下压，