2.3简谐运动的回复力和能量 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

2.3简谐运动的回复力和能量 第二章 机械振动 选择性必修第一册 2025届高二物理组制 问题？ 当我们把弹簧振子的小球拉离平衡位置释放后，小球就会在平衡位置附近做简谐运动。 小球的受力满足什么特点才会做这种运动呢？ 我们把使振子回到平衡位置的力称为回复力 新课导入 知识讲解 随堂练习 拓展延伸 课堂小结 布置作业 一、简谐运动的回复力 做简谐运动的物体受到的回复力有什么特点？ 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？ 新课导入 知识讲解 随堂练习 拓展延伸 课堂小结 布置作业 新课导入 知识讲解 一、简谐运动的回复力 1.回复力的特点： 2.回复力的来源： 大小与小球相对平衡位置的位移成正比，方向始终指向平衡位置 回复力可以是某一个力，或几个力的合力,或者某个力的分力。 总结： F 弹簧弹力充当回复力 mg F 力充当回复力弹力和重力的合 mg F 力充当回复力重力的一个分 新课导入 知识讲解 随堂练习 拓展延伸 课堂小结 布置作业 新课导入 知识讲解 一、简谐运动的回复力 3.回复力的公式： F=-kx，式中“-”号表示F与x反向。 根据牛顿第二定律： 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。 理论上可以证明： 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的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。 满足F回=-kx 新课导入 知识讲解 随堂练习 拓展延伸 课堂小结 布置作业 新课导入 知识讲解 一、简谐运动的回复力 4.两种判断物体是否做简谐运动的方法： x-t图像为正弦曲线 F-x 满足F=-kx的形式 判断竖直方向的弹簧振子 的振动是不是简谐运动？ 应用 A O B 原长位置 平衡位置 实际位置 规定向下为正方向： 平衡位置处： mg=kx0 振子在B点受到的弹力为： F'=k(x+x0) 振子的回复力为： F=mg-F' =kx0-k(x+x0) =-kx 是简谐运动 x0 x 新课导入 知识讲解 随堂练习 拓展延伸 课堂小结 布置作业 新课导入 知识讲解 二、简谐运动的能量 1.简谐运动的运动学特点： (1)当物体从最大位移处向平衡位置运动时 A' O A v a 由于v与a的方向一致，物体做加速度越来越小的加速运动。 (2)当物体从平衡位置向最大位移处运动时 v a 由于v与a的方向相反，物体做加速度越来越大的减速运动。 简谐运动是变加速运动 新课导入 知识讲解 随堂练习 拓展延伸 课堂小结 布置作业 新课导入 知识讲解 二、简谐运动的能量 2.简谐运动的能量 Ek= mv2 Ep= kx2 图1 简谐运动的回复力 O 甲 乙 丙 x P F Q F 位置 Q Q→O O O→P P 位移的大小 速度的大小 动能 弹性势能 机械能 最大 0 0 最大 0 0 最大 0 最大 最大 0 最大 t E 0 机械能 势能 动能 Q P O 不变 不变 不变 不变 不变 新课导入 知识讲解 随堂练习 拓展延伸 课堂小结 布置作业 新课导入 知识讲解 二、简谐运动的能量 3.关于简谐运动能量的理解： (1)若不考虑阻力，弹簧振子在振动过程中只有弹力(或重力)做功，故在任意时刻的动能与势能之和不变，即机械能守恒。 (3)实际的运动都有一定的能量损耗，所以简谐运动是一种理想化的模型。 (4)当小球运动到最大位移时，动能为0，弹性势能最大，系统的机械能等于最大弹性势能。对于弹簧劲度系数和小球质量都是一定的系统，振幅越大，机械能越大。 (2)势能可以是重力势能，可以是弹性势能，也可以是重力势能和弹性势能之和(如沿竖直方向振动的弹簧振子)，我们规定以平衡位置为零势能位置。 新课导入 知识讲解 随堂练习 拓展延伸 课堂小结 布置作业 新课导入 知识讲解 【典例1】（2022·山东曲阜·高二期末）如图甲所示，劲度系数为k的轻弹簧下端挂一质量为m的小球（可视为质点），小球在竖直方向上做简谐运动，弹簧对小球的拉力F随时间变化的图像如图乙所示。已知弹簧弹性势能的表达式为 ，x为弹簧的形变量，重力加速度为g。下列说法正确的是（　） A．小球的振幅为 B．小球的最大加速度为2g C．小球的最大动能为 D．在振动过程中，弹簧的弹性势能和小球的动能总和不变 C 新课导入 知识讲解 随堂练习 拓展延伸 课堂小结 布置作业 新课导入 知识讲解 二、简谐运动的规律 1.两个特殊