2.3 简谐运动的回复力和能量（导学案）-【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2节　简谐运动的描述 导学案 【学习目标】 1.会分析弹簧振子的受力情祝，理解回复力的概念。 2.认识位移、速度、回复力和加速度的变化规律及相互联系。 3.会用能量观，点分析水平弹簧振子动能、势能的变化情况，知道简谐运动中机械能守恒。 【学习重难点】 1.教学重点：掌握简谐运动的动力学特征，明确回复力的概念． 2.教学难点：理解简谐运动过程中位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况 。【知识回顾】 1．简谐运动 (1)定义：如果物体的 与 的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x ­t图像)是一条正弦曲线，这样的振动是一种简谐运动。 (2)特点：简谐运动是最简单、最 的振动，弹簧振子的运动就是简谐运动。 3．简谐运动的振动图像(x ­t图像) 如图所示： (1)简谐运动的振动图像描述振动物体的 的变化规律。 (2)简谐运动的振动图像是正弦(或余弦)曲线，从图像上可直接看出不同时刻振动质点的位移大小和方向、速度大小和方向的变化趋势。 【自主预习】 一、简谐运动的回复力 1．简谐运动的动力学定义 如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成__ _，并且总是指向__ __，质点的运动就是简谐运动。 2．回复力 项目 内容 定义 振动质点受到的总能使其回到__ __的力 方向 总是指向__ __ 表达式 F＝_ __ 效果 总是要把物体拉回到__ __ 二、简谐运动的能量 1．振动系统的状态与能量的关系 (1)振子的速度与动能：速度不断 ，动能也在不断 。 (2)弹簧形变量与势能：弹簧形变量在不断 ，因而势能也在不断 。 2．简谐振动的能量 振动系统的能量一般指振动系统的机械能。振动的过程就是动能和势能互相转化的过程。 (1)在最大位移处，_ __最大，__ _为零； (2)在平衡位置处，_ __最大，_ __最小； (3)在简谐运动中，振动系统的机械能__ __(选填“守恒”或“减小”)，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理想化的模型。 3．决定能量大小的因素 振动系统的机械能跟_ __有关，__ _越大，机械能就越大，振动越强。 【课堂探究】 【新课导入】 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 1.回顾力与运动关系，并回答下表 2.简谐运动的物体力和运动的关系又是怎样的呢？ 【新课教学】 任务一、简谐运动的回复力 （1） 简谐运动的受力特点 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？ 弹簧振子的合力有什么特点？ （1） 方向： （2） 作用效果： （3） 大小： （二）简谐运动的回复力 请阅读课文，根据上述讨论，总结一下回复力的概念： 1.定义: 2.来源： 3.大小: 4.方向: 5.平衡位置： .6.简谐运动的定义的另一种表述： 问题：判断简谐运动的方法有哪些？ 【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？ o 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？ 任务二、简谐运动的能量 （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？ 总结简谐运动能量变化特点？ （二）简谐运动的规律 总结简谐运动有哪些规律？（按照以下的提示回答问题） 1.两个特殊位置 最大位移处： 平衡位置处： 2.各个物理量间的关系 3.对称性 4.周期性 【自我测评】 1 物体做简谐运动时，下列叙述中正确的是(　 　) A．平衡位置就是回复力为零的位置 B．处于平衡位置的物体，一定处于平衡状态 C．物体到达平衡位置，合力一定为零 D．物体到达平衡位置，回复力不一定为零 2．(2021·山东省聊城高二检测)做简谐运动的物体，其加速度a随位移x的变化规律应是图中的哪一个(　B　) 3.如图所示，两根完全相同的弹簧和一根张紧的细线将甲、乙两物体束缚在光滑水平面上，已知甲的质量大于乙的质量、当细线突然断开后，两物体都开始做简谐运动，在运动过程中(　 ) A．甲的振幅大于乙的振