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 授课老师：符贻钦 （2分钟）上节课我们通过运动学的角度分析了简谐运动，知道简谐运动的位移与时间关系。那么这节课我们将从另一个角度分析简谐运动。同学们，我们观察老师演示的实验，思考一下：滑块为什么进行往复运动？那么这个力有什么特点呢？ 实验演示 是什么原因使振子从Q点回到平衡位置O，这个过程中速度是如何变化的？ 又是什么原因使振子偏离平衡位置O，向P点运动，那么速度是如何变化的？ 是什么原因使振子从P点又回到平衡位置O？ 力使振子回到平衡位置 惯性使振子偏离平衡位置 回复力 O Q P 将滑块简化为弹簧振子进行分析，O点为平衡位置，Q、P两点分别时0点左右的两点，取向右为正方向。大家来思考一下以下问题。 1、弹簧处于压缩状态，弹力向右。速度增大。 2、小球在QO段加速，O点速度达到最大，在惯性的作用下偏离平衡位置O，向P点运动。且弹簧处于伸长状态，弹力向左。速度减小。 3、那么P到O呢弹簧处于压缩状态，弹力向右。速度增大。 所以 简谐运动回复力的特点 O Q P 问题1、当小球分别运动到Q点、P点时，位移方向如何表示？此时小球的回复力方向如何表示？ 问题3、弹簧振子振动时，回复力与位移是什么关系？ 问题2、此时它们位移的大小如何表示？回复力大小如何表示？ 1.方向：方向始终指向平衡位置 简谐运动的回复力 2.表达式：可以证明，如果质点所受的回复力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且始终指向平衡位置（即与位移方向相反）,质点的运动就是简谐运动。 为比列系数 位移 F与x方向相反 简谐运动各物理量的变化规律 O Q P Q Q→O O O→P P 位移的大小 回复力的大小 速度的大小 最大 最大 最大 最大 最大 0 0 0 0 小球做简谐运动过程中，取点Q运动到点P的过程进行分析，O点为平衡位置，点Q、点P为最大位移处，判断其物理量的变化。 物理量 位置 减小 增大 减小 增大 减小 增大 简谐运动的能量 Q Q→O O O→P P 势能 动能 机械能 那么弹簧振子的能量变化具有什么规律呢？ 最大 最大 最大 0 0 0 减小 减小 增大 增大 物理量 位置 机 械 能 守 恒 简谐运动的回复力 若将钩码往下拉到最低点，松手后观察到钩码上下来回振动，不计空气阻力。问：钩码是在做简谐运动吗？怎么证明呢？ 判断物体是否做简谐运动的方法： ①根据回复力的规律F=-kx去判断. ②根据x-t图像满足 去判断 在位置O处于平衡状态，弹力是多大？ 在位置A时，弹簧伸长量是多少？ 在位置A时，合力的大小？ 在位置A时，合力方向与位移方向有什么关系？ 简谐运动的回复力 O A 判断物体是否做简谐运动的方法： ①根据回复力的规律F=-kx去判断 ②根据x-t振动图像去判断 根据F-t振动图像判断。若F-t图像也满足正弦函数图像即可证明; 简谐运动的回复力 小试牛刀 1.下列关于简谐运动回复力的说法正确的是（ ） A、回复力是使物体回到平衡位置的力 B、回复力可以是恒力 C、回复力的方向总是跟物体离开平衡位置的位移方向相同 D、回复力的方向总是跟物体的速度方向相反 A 2、把一个小球套在光滑细杆上,球与轻弹簧相连组成弹簧振子，小球沿杆在水平方向做简谐运动，它围绕平衡位置O在A、B间振动,如图所示，下列结论正确的是(　　)A.小球在O位置时，动能最大，加速度最小B.小球在A、B位置时，动能最大，加速度最大C.小球从A经O到B的过程中，回复力一直做正功D.小球从B到O的过程中，振子振动的机械能不断增加 小试牛刀 A 课堂小结 这节课你学了哪些内容？ 一、简谐运动的回复力： 二、简谐运动各物理量的规律： 位移、回复力、速度间的规律 三、简谐运动的能量：机械能守恒；振幅 越大，机械能越大。 今日作业： 11 月 22 日 课后作业P45 T1、T4 $$