第2章 第3节 简谐运动的回复力和能量（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第一册（人教版2019，江苏专用）

第3节　简谐运动的回复力和能量 核心素养导学 物理观念 理解简谐运动的回复力和能量的概念。 科学思维 (1)会用动力学方法分析简谐运动中位移、速度、回复力和加速度的变化规律及相互联系。 (2)会用能量观点分析弹簧振子动能、势能的变化情况，知道简谐运动中机械能守恒。 科学探究 探究弹簧振子的势能、动能与弹簧形变量的关系，能定性地说明弹簧振子系统的机械能守恒。 一、简谐运动的回复力 1．回复力：使振动物体回到__________的力。 2．简谐运动的回复力：F＝－kx。“－”号表示回复力的方向与位移方向______。 3．简谐运动：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。 物体做简谐运动的条件是受到的回复力与位移大小成正比，回复力方向与位移方向相反。 平衡位置 相反 正比 平衡位置 二、简谐运动的能量 1．小球远离平衡位置时，______增大，_____减小。 2．小球在最大位移时，势能最大，动能为0。 3．小球在平衡位置时，_____最大，_____为0。 4．简谐运动的能量特点：在弹簧振子运动的任意位置，系统的动能和势能之和都是一定的，遵守____________定律。 5．简谐运动的振幅越大，系统的_______越大。 对于一个确定的振动系统，简谐运动的能量由振幅决定，振幅越大，系统的能量越大。　　 势能 动能 动能 势能 机械能守恒 机械能 弹 O OD 提示：简谐运动的能量取决于振幅，本题中振子振动时只有动能和弹性势能相互转化，总机械能守恒。 新知学习(一)|对回复力的理解 [任务驱动] 如图甲所示为水平方向的弹簧振子，如图乙所示为竖直方向的弹簧振子，如图丙所示为m随M一起振动的系统。 请思考： (1)图甲中水平方向的弹簧振子的回复力的来源是什么？ (2)图乙中竖直方向的弹簧振子的回复力的来源是什么？ (3)图丙中水平方向m与M整体的回复力的来源是什么？m的回复力的来源是什么？ 提示：(1)弹簧的弹力提供回复力。 (2)弹簧的弹力与重力的合力提供回复力。 (3)m与M整体的回复力由弹簧的弹力提供；m的回复力由M对m的静摩擦力提供。 [重点释解] 1．回复力的来源 (1)回复力是指将振动的物体拉回到平衡位置的力，同向心力一样是按照力的作用效果来命名的。 (2)回复力可以由某一个力提供，如水平弹簧振子的回复力即为弹簧的弹力；也可能是几个力的合力，如竖直悬挂的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重力的合力；还可能是某一力的分力。归纳起来，回复力一定等于振动物体在振动方向上所受的合力。分析物体的受力时不能再加上回复力。 [典例体验] [典例]　 一质量为m的小球，通过一根轻质弹簧悬挂在天花板上， 如图所示。 (1)小球在振动过程中的回复力实际上是______________________。 (2)该小球的振动是否为简谐运动？ [解析]　(1)此振动过程的回复力实际上是弹簧的弹力与小球重力的合力。 (2)设小球的平衡位置为O，向下为正方向，弹簧处于平衡位置时的伸长量为h，弹簧的劲度系数为k，由平衡条件得kh＝mg① 当小球向下偏离平衡位置的距离为x时，回复力即合外力为F回＝mg－k(x＋h)② 将①代入②式得：F回＝－kx，可见小球所受合外力与它的位移的关系符合简谐运动的受力特点，该小球的振动是简谐运动。 [答案]　(1)弹簧弹力和小球重力的合力　(2)是简谐运动 /方法技巧/ [针对训练] 1．对于弹簧振子的回复力F与位移x的关系图像，下列正确的是 (　 ) 解析：根据公式F＝－kx，可判断回复力与位移的关系图线为一条过原点的直线，且斜率为负值，故C正确。 答案：C 2．如图所示，弹簧振子B上放一个物块A，在A与B一起做简 谐运动的过程中，关于物块A受力的说法中正确的是(　 ) A．物块A受重力、支持力及弹簧对它的恒定的弹力 B．物块A受重力、支持力及弹簧对它的大小和方向都随时间变化的弹力 C．物块A做简谐振动的回复力是B对它的支持力 D．物块A受重力、支持力及B对它的大小和方向都随时间变化的摩擦力 解析：物块A做简谐运动，在水平方向其合外力不断变化，具体受力情况为：竖直方向上受到的重力和支持力是一对平衡力，水平方向只有B物体对它的摩擦力作用，摩擦力提供回复力，D正确。 答案：D　 新知学习(二)|简谐运动中各物理量的变化规律 [任务驱动] 如图所示，O点为振子的平衡位置，A、B分别是振子运动的最右端和最左端。 (1)振子在振动过程中通过O点时速度最大还是最小？ (2)振子在振动过程中由A→B的过程中加速度如何变化？ 提示：(1)最大。 (2)先减小后反向增大。　　　　 [