2.3.1简谐运动的回复力和能量 导学案-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

题目 2.3　简谐运动的回复力和能量 课型 新课 主备人 学习目标 1．理解简谐运动的运动规律，掌握在一次全振动过程中位移、回复力、加速度、速度变化的规律。 2．掌握简谐运动回复力的特征。 3．对水平的弹簧振子，能定性地说明弹性势能与动能的转化过程。 基础知识 一、简谐运动的回复力 动画模拟展示水平方向上弹簧振子的运动情况，发现当把弹簧振子从它静止的位置O拉开一小段距离到A再放开后，它会在A－O－B之间振动。提出问题：为什么会振动？引导学生定格分析在不同时刻的位移方向及受力，进一步引导学生分析这个力的特点。 引导学生分析得出：物体做机械振动时，一定受到指向中心位置的力，这个力的作用总能使物体回到中心位置，我们把这个力叫做简谐运动的回复力。 1．定义：______________________________。 2．方向：______________________________。 3．特点：______________________________。 回复力可以是___________，___________，___________，还可以是______________________或______________________。 4．来源：_______________________________。 规律探究 振子的运动 A→O O→B B→O O→A 位移的方向、大小 弹力的方向、大小 表格中是弹簧振子在一次全振动中位移和弹力的变化情况，从中可以看出位移和弹力大小的关系：____________________；位移和弹力方向的关系：____________________，即弹力的方向总是指向____________________。 5．简谐运动的动力学特征： 式中F为___________，x为偏离平衡位置的___________，k是___________，负号表示回复力与位移的方向___________。 【总结】大量理论研究表明：如果质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小_____________，并且总指向_____________，质点的运动就是_____________。 二、简谐运动的能量 观察振子从A→O→B→O→A的一个循环，这一循环可分为四个阶段：A→O、O→B、B→O、O→A，分析在这四个阶段中上述各物理量的变化，并将定性分析的结论填入表格中。 A A→O O O→B B 动能 势能 【总结】回复力的方向始终指向_____________，加速度的方向与回复力的方向_____________，也始终指向平衡位置。 回复力与加速度的方向总是与位移方向_____________。 速度的方向与其它各物理量的方向间__________________________。 1．简谐运动过程中动能和势能不断地发生转化。系统的总机械能_________。 2．振幅越大，机械能_____________。 3．势能Ep、动能Ek_____________变化。 (1)回复力的方向总是与速度的方向相反。( ) (2)回复力的方向总是与加速度的方向相反。( ) (3)做简谐运动的质点，任意时刻回复力(不为零)的方向总与位移的方向相反。( ) (4)通过速度的增减变化情况，能判断回复力大小的变化情况。( ) (5)回复力就是振动物体所受的合外力。( ) (6)水平弹簧振子运动到平衡位置时，回复力为零，因此能量一定为零。( ) (7)回复力的大小与速度大小无关，速度增大时，回复力可能增大，也可能减小。( ) 课堂拓展 1. (多选)如图所示，弹簧振子在光滑水平杆上的A、B两点之间做往复运动，下列说法正确的是(　　) A．弹簧振子在运动过程中受重力、支持力和弹簧弹力的作用 B．弹簧振子在运动过程中受重力、支持力、弹簧弹力和回复力作用 C．弹簧振子由A向O运动的过程中，回复力逐渐增大 D．弹簧振子由O向B运动的过程中，回复力的方向指向平衡位置 2. 如图所示，一弹簧振子在A、B间做简谐运动，平衡位置为O，已知振子的质量为M。 (1)简谐运动的能量取决于____________，振子振动时动能和____________能相互转化，总机械能____________。 (2)(多选)振子在振动过程中，下列说法中正确的是(　　) A．振子在平衡位置，动能最大，势能最小 B．振子在最大位移处，势能最大，动能最小 C．振子在向平衡位置运动时，由于振子振幅减小，故总机械能减