2.3 简谐运动的回复力和能量 课件3-2023-2024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 物理人教版（新教材）选择性必修第一册 O A B O A B C D O A B C D O A B C D O A B C D 物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？ 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 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？ 问题： ？ 弹簧振子为什么会做往复运动? 1.存在力 2.惯性 这个力有什么特点? 物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？ 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 总是指向平衡位置 1.定义: 2.特点: 按力的作用效果命名，方向始终指向平衡位置 使振子回到平衡位置的力 3.来源： 回复力可以是弹力,也可以是其它力(包括摩擦力);可以是某一个力，或几个力的合力,或者某个力的分力. 一.简谐运动的回复力 4.公式: “-” 表示回复力方向始终与位移方向相反. (1)大小: (2)方向: 总是指向平衡位置. 弹簧的劲度系数(常量) 离开平衡位置的位移 弹簧振子的加速度有何特点呢？ a=F/m,与回复力变化情况相同。 简谐运动的定义的另一种表述： 注意：对一般的简谐运动，由于回复力不一定是弹簧的弹力，，所以k不一定是劲度系数而是回复力与位移的比例系数 如果质点所受的力与它 偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置,质点的运动就是简谐运动.即回复力满足 F= -kx的运动就是简谐运动 两种判断物体是否做简谐运动的方法 ①x-t图像为正弦曲线 ②F-x 满足 F=-kx的形式 用第二种方法来判断竖直的弹簧拉一个小球的振动是不是简谐运动？ 证明步骤： 1、找平衡位置 2、找回复力 3、找F=kx 4、找方向关系 总结 规定向下为正方向 平衡位置: C点弹力: 振子受的回复力 此时弹簧振子的回复力还是不是弹簧的弹力？ 不是，是重力和弹力的合力。 注：回复力是按照力的作用效果来命名的．可能是一个力的分力，也可能是几个力的合力． 思考 例1、图所示为一弹簧振子，O为平衡位置，设向右为正方向，振子在B、C之间振动时（ ） A．B至O位移为负、回复力为正 B．O至C位移为正、加速度为负 C．C至O位移为负、加速度为正 D．O至B位移为负、速度为负 O C B C O B C D A x F O A B C D x F O A B C D x F v 例2．如图所示，弹簧振子B上放一个物块A，在A与B一起做简谐运动的过程中，下列关于A受力的说法中正确的是(　　) A．物块A受重力、支持力及弹簧对它的恒定的弹力 B．物块A受重力、支持力及弹簧对它的大小和方向都随时间变化的弹力 C．物块A受重力、支持力及B对它的恒定的摩擦力 D．物块A受重力、支持力及B对它的大小和方向都随时间变化的摩擦力 D 例3．光滑的水平面上放有质量分别为m和m的两木块，下方木块与一劲度系数为k的弹簧相连，弹簧的另一端固定在墙上，如图所示。已知两木块之间的最大静摩擦力为Ff ，为使这两个木块组成的系统能像一个整体一样一起振动，系统的最大振幅为(　　) A. Ff /k B. 2Ff /k C. 3Ff /k D. 4Ff /k C 二、简谐运动中的各个物理量变化规律 X v F、a 动能 势能 A A-O O O-B B 向左最大 向左减小 向右最大 向右最大 0 向右最大 向右增大 向右减小 0 0 向右增大 向右减小 向左增大 0 向左最大 0 增大 最大 减小 0 最大 减小 0 增大 最大 O A B 1、简谐运动的加速度大小和方向都随时间做周期性的变化，所以简谐运动是变加速运动. 2、当物体从最大位移处向平衡位置运动时，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。 3、当物体从平衡位置向最大位移处运动时，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。 2、简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大. 1、简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒。 3、物体在做简谐运动时的Ek-t和Ep-t及E-t图象 t E 0 机械能 势能 动能 A B O 1．关于正在做简谐运动的水平弹簧振子，下列说法正确的是（　　） A．振子的位移方向和加速度方向总是相同 B