(讲义)第2章 第1节 简谐运动-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册(鲁科版2019)

第1节　简谐运动 1．知道机械振动和回复力的概念，了解弹簧振子的组成和振动情况． 2．理解振动的平衡位置和位移，掌握简谐运动的特点以及回复力、加速度、速度随位移变化的规律． 3．能用实验探究简谐运动的各种物理量的变化规律． 4．体会简谐运动之美，能解释相关的生活现象． 知识点一　机械振动 1．定义 物体(或物体的某一部分)在某一位置附近的往复运动称为机械振动，简称振动，这个位置称为平衡位置． 2．平衡位置 振动物体所受回复力为0的位置． 3．回复力 (1)方向：总是指向平衡位置． (2)作用效果：总是要把振动物体拉回到平衡位置． (3)来源：回复力是根据力的作用效果命名的力．可能是几个力的合力，也可能是由某一个力或某一个力的分力来提供． 　回复力是效果力，在受力分析中仍是重力、弹力、摩擦力等，不要添加． 1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)平衡位置即速度为零时的位置． (×) (2)机械振动是匀速直线运动． (×) (3)机械振动是物体在平衡位置附近所做的往复运动． (√) 知识点二　简谐运动及其特征 1．弹簧振子 弹簧振子是一种理想模型，其主要组成部分是一个质量可以忽略不计的弹簧和一个可视为质点的物体． 2．简谐运动 (1)定义：物体所受回复力的大小与位移大小成正比，方向总是与位移方向相反的运动称为简谐运动．如弹簧振子的振动． (2)简谐运动的动力学特征：回复力F＝－kx． (3)简谐运动的运动学特征：a＝－x． 　F＝－kx和a＝－x的负号表示回复力、加速度与位移的方向相反． 2．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)弹簧振子是一种理想化的模型． (√) (2)在F＝－kx中，负号表示方向，不表示大小． (√) (3)弹簧振子的加速度方向一定与位移相同． (×) 3．填空 弹簧振子的加速度随着位移的增大而增大，随着位移的减小而减小，在平衡位置处，加速度的大小为零． 如图所示，弹簧振子是一种理想模型，弹簧振子运动过程中不计阻力，因此弹簧振子的机械能守恒，已知弹簧的弹性势能与弹簧形变量的二次方成正比，试分析： (1)弹簧振子的回复力由什么力提供． (2)振子在关于平衡位置O对称的A、B两点时速度、加速度的关系． 提示：(1)弹簧弹力．(2)A、B两点速度大小相等，A、B两点的加速度大小相同、方向相反． 考点1　平衡位置与回复力 1．对简谐运动的平衡位置的认识 (1)从物体受力特点看：物体在平衡位置所受合力不一定为零，而是沿振动方向的合力为零． (2)从速度角度看：平衡位置是振动中速度最大的位置． 2．机械振动的特点 (1)物体在平衡位置附近做往复运动． (2)机械振动是一种周期性运动． 3．回复力的理解 (1)回复力的方向总是指向平衡位置．总与简谐运动位移的方向相反． (2)回复力的效果是使偏离平衡位置的物体返回到平衡位置，是产生振动的条件． (3)回复力可以是振动物体所受的某一个力，也可以是物体所受几个力的合力． 【典例1】　如图所示，对做简谐运动的弹簧振子M的受力情况分析正确的是(　　) A．重力、支持力、弹簧的弹力 B．重力、支持力、弹簧的弹力、回复力 C．重力、支持力、回复力、摩擦力 D．重力、支持力、摩擦力、弹簧的弹力 A　[弹簧振子的简谐运动中忽略了摩擦力，C、D错；回复力为效果力，受力分析时不分析此力，B错；故振子只受重力、支持力及弹簧给它的弹力，A对．] [跟进训练] 1．(多选)关于振动物体的平衡位置，下列说法正确的是(　　) A．加速度改变方向的位置 B．回复力为零的位置 C．速度最大的位置 D．合外力一定为零的位置 ABC　[振动物体在平衡位置回复力为零，而合外力不一定为零，在该位置加速度改变方向，速度达最大值．故A、B、C正确，D错误．] 考点2　弹簧振子的振动 1．简谐运动中相关量的变化规律 (1)变化规律：当物体做简谐运动时，它偏离平衡位置的位移x、回复力F、加速度a、速度v、动能Ek、势能Ep及振动能量E，遵循一定的变化规律，可列表如下： 物理量 x F a v Ek Ep E 远离平衡位置运动 增大 增大 增大 减小 减小 增大 不变 最大位移处 最大 最大 最大 零 零 最大 不变 靠近平衡位置运动 减小 减小 减小 增大 增大 减小 不变 平衡位置 零 零 零 最大 最大 最小 不变 (2)两个转折点 ①平衡位置是速度大小、位移方向、回复力方向和加速度方向变化的转折点． ②最大位移处是速度方向变化的转折点． (3)一个守恒：简谐运动过程中动能和势能之间相互转化，但总的能量守恒． 2．简谐运动的对称性 如图所示，物体在A与B间运动，O点为平衡位置，任取关于O点对称的C、D两点，