(教参)第二章 3 简谐运动的回复力和能量-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册课程探究与巩固教师用书word+课件PPT（人教版，浙江专用）

3　简谐运动的回复力和能量 课程解读 课标要点 学科素养 链接浙江选考 认识简谐运动的特征。能用图像和公式描述简谐运动 物理观念：进一步树立运动与相互作用的观念。 科学思维：能用图像和公式描述简谐运动 1．理解简谐运动的回复力。 2．知道简谐运动的能量 (见学生用书P33) 知识点一　简谐运动的回复力 1．回复力 (1)定义：使振动物体回到__平衡__位置的力。 (2)方向：总是指向__平衡__位置。 (3)表达式：F＝－kx。 (4)回复力是根据力的效果命名的。 (5)回复力一定等于振动物体在振动方向上所受的合力。例如，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的回复力由静摩擦力提供。 　　 2．平衡位置：回复力为0的位置。 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的位移大小成正比，并且总是指向__平衡__位置，物体的运动就是简谐运动。 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)F＝－kx中的“－”号表示回复力的方向与偏离平衡位置的位移的方向相反。(　√　) (2)F＝－kx中的k是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数。(　√　) (3)F＝－kx中的k值不仅由振动系统决定，还与振幅有关。(　　) (4)回复力可能由合力、某个力或某个力的分力提供。(　√　) (5)简谐运动的加速度a的大小与位移x的大小成正比，方向与位移方向相同。(　　) 2．思考题：小球经过平衡位置时一定处于平衡状态吗？请举例说明。 答案：不一定。 小球经过平衡位置时不一定处于平衡状态，如图所示，单摆的摆球经过最低点(平衡位置)时，所受合力不为0，不处于平衡状态。 知识点二　简谐运动的能量 1．能量转化 简谐运动的能量是指物体在经过某一位置时所具有的势能和动能之和。 2．简谐运动的能量由振动系统和振幅决定，对于同一个振动系统，振幅越大，能量越__大__。　 3．在简谐运动中，振动的能量保持不变，所以振幅保持__不变__，只要没有能量损耗，它将永不停息地振动下去。 4．在振动的一个周期内，动能和势能完成__两__次周期性变化。物体的位移减小时势能转化为动能，位移增大时动能转化为势能。 5．能量特点：在简谐运动中，振动系统的机械能守恒，而在实际运动中都有一定的机械能损耗，因此简谐运动是一种__理想化__模型。 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)在简谐运动的最大位移处，势能最大，动能为0。(　√　) (2)在简谐运动的平衡位置处，动能最大，势能最小。(　√　) (3)在简谐运动中，势能和动能相互转化，机械能守恒。(　√　) 2．思考题：在简谐运动中，振动系统的机械能守恒吗？ 答案：守恒 (见学生用书P34) 　　类型一对回复力、加速度的理解 简谐运动的回复力F＝－kx。由F＝ma可知简谐运动的加速度a＝－x。 如图所示，一轻质弹簧上端固定，下端悬挂一物块，取物块静止时所处位置为坐标原点O，向下为正方向，建立Ox坐标轴。现将物块竖直向下拉到A位置后由静止释放，不计空气阻力。已知物块的质量为m，弹簧的劲度系数为k，A位置的坐标为x1，重力加速度为g。下列说法正确的是(　C　) A．该简谐运动的振幅为2x1 B．在任意周期内物块通过的路程一定等于x1 C．物块在A位置时的回复力大小为kx1 D．物块在A位置的回复力大小为kx1－mg 解析：该简谐运动的振幅为x1，故A错误；物块运动过程中，其速度是变化的，靠近平衡位置时运动变快，远离平衡位置时运动变慢，所以在任意周期内物块通过的路程不一定等于x1，故B错误；物块在O位置时受力平衡，有kx0＝mg，x0为弹簧伸长量，在A位置时的回复力大小为F＝k(x0＋x1)－mg＝kx1，故C正确，D错误。 (多选)关于简谐运动，下列说法中正确的是(　AC　) A．位移方向总跟加速度方向相反 B．位移方向总跟速度方向相同 C．物体的运动方向指向平衡位置时，速度方向跟位移方向相反；背离平衡位置时，速度方向跟位移方向相同 D．水平弹簧振子向左运动时，加速度方向跟速度方向相同；向右运动时，加速度方向跟速度方向相反 解析：根据a＝－可知，位移方向总跟加速度方向相反，A正确。位移方向跟速度方向可能相同，也可能相反，B错误。物体的运动方向指向平衡位置时，速度方向跟位移方向相反；背离平衡位置时，速度方向跟位移方向相同，C正确。水平弹簧振子向平衡位置运动时，加速度方向跟速度方向相同；向远离平衡位置方向运动时，加速度方向跟速度方向相反，D错误。 　　类型二简谐运动的能量 如图甲所示，劲度系数为k的轻弹簧下端挂一质量为m的物体，物体在竖直方向上做简谐运动，弹簧对物体