2.3 简谐运动的回复力和能量（教学课件）-【上好课】高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第一册）

第三节 简谐运动的回复力和能量 主讲老师： 20XX.XX.XX 01 02 简谐运动的能量 简谐运动的回复力 目录 回顾力和运动的关系 课堂引入 运动 受力特点 受力情况 合力与速度方向关系 匀速直线运动 匀变速直线运动 曲线运动 （类）平抛运动 匀速圆周运动 合力方向与速度方向共线 合力方向与速度方向不共线 合力方向与初速度方向垂直 合力方向与速度方向始终垂直 简谐运动的物体力和运动的关系又是怎样的呢？ 第一部分：简谐运动的回复力 钟摆来回摆动 2.特征： (1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置； (2)运动具有往复性。 （一）简谐运动的受力特点 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 O A B 观察弹簧振子的运动，并尝试做出以下8个时刻小球的合力和位移方向？ 2.特征： (1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置； (2)运动具有往复性。 （一）简谐运动的受力特点 弹簧振子的合力有什么特点？ F合的方向总是指向平衡位置，总与位移方向相反。 F合的作用效果“总想”把小球拉回平衡位置。 （1）方向： （2）作用效果： （3）大小： 弹簧振子所受的合力F与振子位移X的大小成正比。 2.特征： (1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置； (2)运动具有往复性。 （二）简谐运动的回复力 1.定义:使振子回到平衡位置的力。 回复力是按力的作用效果命名的 2.来源：回复力可以是弹力,也可以是其它力(包括摩擦力);可以是某一个力，或几个力的合力,或者某个力的分力. 3.大小: F=-kx “-” 表示回复力方向始终与位移方向相反。 4.方向: 总是指向平衡位置。 5.平衡位置： F回 = 0 2.特征： (1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置； (2)运动具有往复性。 （三）简谐运动 6.简谐运动的定义的另一种表述： 如果质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置,质点的运动就是简谐运动。 即回复力满足 F= -kx的运动就是简谐运动。 问题：判断简谐运动的方法有哪些？ （1）x-t图像为正弦曲线 （2）回复力满足 F=-kx的形式 判断物体做简谐运动的方法 2.特征： (1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置； (2)运动具有往复性。 （三）简谐运动 【典例探究】如图，一弹簧上端固定，劲度系数为k，另一端挂一质量为m的小球，平衡位置时弹簧的形变量为x0，释放后小球做上下运动，弹簧此时没有超出弹性限度，小球的运动是简谐运动吗？其回复力是谁提供的？ 【分析】平衡位置时弹簧的形变量为x0， 则 mg=kx0 当小球向下运动到离平衡位置的距离是x时， 小球合力为：F=mg-k(x0+x) 即F=-kx， 故小球的运动是简谐运动。 重力和弹力的合力提供回复力 x0 o 2.特征： (1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置； (2)运动具有往复性。 （三）简谐运动中各个物理量的变化规律 位置 A A→O O O→B B 位移 大小 速度 大小 回复力 大小 最大 最大 0 最大 最大 0 0 0 最大 请总结位移大小、速度大小、回复力大小在以下时刻或过程的变化情况？ O A B 第二部分：简谐运动的能量 钟摆来回摆动 （一）简谐运动的能量 弹簧振子的速度是不断变化的，所以它的动能也是不断变化的；弹簧的伸长量和压缩量也是不断变化的，所以它的弹性势能也是不断变化的。那么弹簧振子的能量变化具有什么规律呢？ 位置 A A→O O O→B B 动能 势能 机械能 0 最大 不变 不变 不变 不变 不变 最大 0 0 最大 O A B 简谐运动是一种理想化的模型 （一）简谐运动的能量 1.简谐运动中动能和势能相互转化，但机械能总量不变，即机械能守恒，是理想化模型。 2.简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大。 3.物体在做简谐运动时的Ek-t和Ep-t及E-t图象 t E 0 机械能 势能 动能 Q P O x、F、a、Ep为零，v、Ek最大. （二）简谐运动的规律 1.两个特殊位置 最大位移处： x、F、a、Ep最大，v、Ek为零； 平衡位置处： x、F、a、Ep为零，v、Ek最大. 2.各个物理量间的关系 x a与F满足正弦函数变化规律 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 x、F、a、Ep为零，v、Ek最大. （二）简谐运动的规律 3.对称性 关于平衡位置的对称点： （1）x、F