第二章 第三节 简谐运动的回复力和能量-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019）

2022版·物理必修第二册 物理·选择性必修第一册 第二章 机械振动 第三节 简谐运动的回复力和能量 平衡位置 平衡位置 －kx 正比 平衡位置 振幅 动能 势能 势能 动能 动能 势能 守恒 理想化 × √ √ √ 甲 乙 丙 课标要求 核心素养 能用公式和图像描述简谐运动 1．物理观念：理解回复力的概念、简谐运动的能量。 2．科学思维：会用动力学方法，分析简谐运动的变化 规律。 3．科学探究：能定性地说明弹簧振子系统的机械能守恒 　高效导学第一步　预习新知，落实必备知识 一、简谐运动的回复力 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＝______。“－”表示F与x的方向相反。 2．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。 二、简谐运动的能量 1．振动系统(弹簧振子)的状态与能量的对应关系： 弹簧振子运动的过程就是____和____互相转化的过程。 (1)在最大位移处，____最大，____为零。 (2)在平衡位置处，____最大，____最小。 2．简谐运动的能量特点 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，因此简谐运动是一种______的模型。 3．对于弹簧的劲度系数和小球质量都一定的系统，____越大，机械能越大。 【概念辨析·试身手】 (1)简谐运动是一种理想化的振动。( ) (2)水平弹簧振子运动到平衡位置时，回复力为零，因此能量一定为零。( ) (3)弹簧振子位移最大时，势能也最大。( ) (4)回复力的方向总是与位移的方向相反。( ) 　高效导学第二步　课堂探究，培优关键能力 要点一 | 简谐运动的振幅、周期和频率 【要点培优】 1．回复力的性质 回复力是根据力的效果命名的，它可以是一个力，也可以是多个力的合力，还可以由某个力的分力提供。如图甲所示，水平方向的弹簧振子，弹力充当回复力；如图乙所示，竖直方向的弹簧振子，弹力和重力的合力充当回复力；如图丙所示，m随M一起振动，m的回复力是静摩擦力。 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。 (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，比例系数k由振动系统自身决定。 (3)根据牛顿第二定律得，a＝ eq \f(F,m) ＝－ eq \f(k,m) x，表明弹簧振子做简谐运动时振子的加速度大小也与位移大小成正比，加速度方向与位移方向相反。 3. 理解回复力时的两点注意 (1)分析物体做简谐运动的回复力，首先要明确回复力是效果力，是由物体受到的力来充当的，不要认为回复力是物体受到的一种新力。 (2)对于相关联的多个物体，整体法和隔离法在分析简谐运动时仍然适用。 [思考·探究] 如下图所示的是竖直方向的弹簧振子模型。 探究：(1)在平衡位置处，弹簧的弹力等于零吗？ (2)该弹簧振子的回复力是由什么力提供的？ 提示：(1)不等于零。 (2)由小球重力和弹簧的弹力的合力提供。 【应用培优】 [例1] (多选)如图所示，物体A与滑块B一起在光滑水平面上做简谐运动，A、B之间无相对滑动。已知轻质弹簧的劲度系数为k，A、B的质量分别为m和M。下列说法正确的是(　　 ) A．物体A的回复力是由滑块B对物体A的摩擦力提供 B．滑块B的回复力是由弹簧的弹力提供 C．物体A与滑块B看成一个振子，其回复力大小跟位移大小之比为k D．若A、B之间的最大静摩擦因数为μ，则A、B间无相对滑动的最大振幅为 eq \f(μ（m＋M）g,k) 解析：选ACD。物体A做简谐运动时，A在水平方向受到滑块B对物体A的摩擦力，所以物体A做简谐运动的回复力是由滑块B对物体A的摩擦力提供，故选项A正确；滑块B做简谐运动的回复力是弹簧的弹力和A对B的静摩擦力的合力提供，故选项B错误；物体A与滑块B(看成一个振子)的回复力大小满足F＝－kx，则回复力大小跟位移大小之比为k，故选项C正确；据题知物体间的摩擦力最大时，其振幅最大，设为L，以整体为研究对象有kL＝(M＋m)a，以A为研究对象，由牛顿第二定律得μmg＝ma，联立解得A、B间无相对滑动的最大振幅为L＝ eq \f(μ（m＋M）g,k) ，故选项D正确。 【名师点拨】判断一个振动为简谐运动的方法 1.通过对位移的分析，列出位移—时间表达式，利用位移—时间图像是否满足正弦规律来判断。 2.对物