2.3 简谐运动的回复力和能量 课件4-2023-2024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 说明：物体的运动跟它的受力有关，振动的受力有何特点呢？ 思考：我们学过哪些运动及其受力如何？ 直线运动 曲线运动 匀速直线运动 变速直线运动 匀变速直线运动 变加速直线运动 抛体运动 圆周运动 平抛运动 斜抛运动 匀速圆周运动 变速圆周运动 (F合=0) (F合=ma) (F合在变化） (F合=mg) (F合=mg) (F合=F向) (F合部分提供向心力) 思考：弹簧振子为什么这样往复运动？ 弹簧振子这个系统在内力回复力的作用下始终回到平衡位置。 一、简谐运动的回复力 特点：弹簧振子所受的合力F与振子位移X的大小成正比，且合力F的方向总是与位移X的方向相反。 式中K为弹簧的劲度系数 由于力F的方向总是与位移X的方向相反，即总是指向平衡位置。它的作用总是要把物体拉回到平衡位置。所以称为回复力 F=-kx 1.定义: 2.特点: ①按力的作用效果命名 ②方向始终指向平衡位置 使振子回到平衡位置的力 3、来源： 振动方向上的合外力 一、简谐运动的回复力 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。 4.简谐运动的动力学特点: 5.简谐运动的运动学特点: 一、简谐运动的回复力 F=-kx 竖直方向振动的弹簧振子所做的振动是简谐运动吗？ 思考题： 判断物体是否做简谐运动的方法： （2）根据回复力的规律F=-kx去判断 （1）根据物体的振动图像去判断 证明: 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 证明: ①平衡状态时有:mg-kx0=0 ②当向下拉动x长度时弹簧所受的合外力为： F=-k(x+x0)+mg =-kx-kx0+mg =-kx (符合简谐运动的公式) 二、能量 2.能量由劲度系数和振幅决定. 1.动能和势能总量保持不变，即机械能守恒。 O A B t E 0 A B o 机械能 三、三大特征 三、三大特征 1．瞬时性: a、F、x具有瞬时对应性 2．对称性: (1)关于平衡位置对称的两点，a(F回)大小相等，V大小相等，EK相等，EP相等。 (2)运动时间对称 3．周期性: (1)若t2－t1＝nT，则t1、t2两时刻振动物体在同一位置，运动情况完全相同。 (2)若t2－t1＝nT＋T/2，则t1、t2两时刻描述运动的物理量(x、F、a、v)大小均相等、方向相反(或均为零)。 例1：一质量为m的小球，通过一根轻质弹簧悬挂在天花板上，如图所示。 (1)小球在振动过程中的回复力实际上是_____________________________。 (2)该小球的振动是否为简谐运动？ 弹簧弹力和小球重力的合力 是简谐运动 例2．(多选)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，关于物块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做简谐振动的回复力是B对它的摩擦力 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 CD 例3.(多选)如图所示，物体系在两弹簧之间，弹簧劲度系数分别为k1和k2，且k1＝k，k2＝2k，两弹簧均处于自然状态。现在向右拉动物体，然后释放，物体在B、C间振动，O为平衡位置(不计阻力)，设向右为正方向，物体相对O点的位移为x，则下列判断正确的是( 　　) A．物体做简谐运动，OC＝OB B．物体做简谐运动，OC≠OB C．物体所受合力F＝－kx D．物体所受合力F＝－3kx AD 例4.如图所示是一个弹簧振子在0～0.4 s时间内做简谐运动的图像，由图像可知(　　) A．在0.25～0.3 s时间内， 振子受到的回复力越来越小 B．t＝0.7 s时刻，振子的速度最大 C．振子的动能和势能相互转化的周期为0.4 s D．振子的动能和势能相互转化的周期为0.2 s D 例5.(多选)如图所示，弹簧振子在C、B间做简谐运动，O点为其平衡位置，则(　　) A．振子在由C点运动到O点的过 程中，回复力逐渐增大 B．振子在由O点运动到B点的过程中，速度不断增加 C．振子在O点加速度最小，在B点加速度最大 D．振子通过平衡位置O点时，动能最大，势能最小 CD 例6.(多选)公路上匀速行驶的货车受一扰动，车上货物随车厢底板上下振动但不脱离底板。一段时间内货物在竖直方向的振动可视为简谐运动，周期为T。取竖直向上为正方向，以某时刻为计时起点，其振动图像如图所示，则 (　　) CD A．t＝T时，货物对车厢底板的压力最大