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

第3节 简谐运动的回复力和能量 人教版选择性必修第一册 第二章 机械振动 上课，同学们好，请坐。 今天让我们一起进入第五节 共点力的平衡的学习。 新知导入 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？ 思考讨论 物体做简谐运动时，所受合力有什么特点？ O D C B A O D C B A O D C B A x x F F 结论 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 由于力的F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。 表达式：F=－kx O D C B A 新知讲解 一、简谐运动的回复力 1.定义：使振动回到平衡位置的力。 2.特点：始终指向平衡位置。 5.公式：F=－kx。 3.特点：按力的作用效果命名。 4.回复力来源：振动方向上的合外力。 注意：回复力可以是弹力，也可以是几个力；乐意是某一个力，也可以是某几个力的合力。 想想议议 【提示】弹力和重力的合力充当回复力。 问题二：竖直方向的弹簧振子由哪些力提供回复力？ 问题一：m随M一起振动，m的回复力是由哪个力提供？ 【提示】m的回复力是静摩擦力提供。 M m m 例题 例 （多选）下列关于简谐运动回复力的说法不正确的是（　　） A、回复力的方向总是跟物体离开平衡位置的位移方向相同 B、回复力一定是变力 C、回复力是使物体回到平衡位置的力 D、回复力的方向总是跟物体的速度方向相反 AD 物体什么时候才会处于平衡状态呢？ 请大家阅读书本告诉老师你们所找到的答案是什么？ 大家阅读的都很仔细，书上说：当物体受到几个力作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这个物体处于平衡状态。 也就是说，当物体满足静止或匀速直线运动状态中的一个则处于平衡状态。 生活中，处于平衡状态的物体随处可见， 老师举个例子，例如书桌上放置的书本或其它物品静止不动，我们可以说它们是处于平衡状态， 再比如随传送带匀速运动的物体，我们可以说物体处于平衡状态。 同学们还需要注意：缓慢的直线移动可认为是匀速直线运动。 现在，我们理解了什么是平衡状态，接下来请同学们思考当物体处于平衡状态时，物体的速度会有什么特点呢？ 有同学说可以等于零也可以是保持某个速度不变，非常好，那么加速度又有什么特点呢？ 无论是v=0 或v不变，我们可以发现它们的加速度都会等于零。 这就是平衡状态时的运动学特征。 所以说，我们在判断一个物体是否处于平衡状态时可以从速度和加速度的方面来进行判断。 只要这个物体满足速度等于0或不变，且加速度等于0则就是处于平衡状态。 物体做简谐运动的判断方法 方法一：回复力是否满足F=－kx。 方法二：振动图像（x-t图像）是否是正弦函数。 例：如图，把图中倾角为的光滑斜面上的小球沿斜面拉下一段距离，然后松开。假设空气阻力可忽略不计，试证明小球的运动是简谐运动。 物体什么时候才会处于平衡状态呢？ 请大家阅读书本告诉老师你们所找到的答案是什么？ 大家阅读的都很仔细，书上说：当物体受到几个力作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这个物体处于平衡状态。 也就是说，当物体满足静止或匀速直线运动状态中的一个则处于平衡状态。 生活中，处于平衡状态的物体随处可见， 老师举个例子，例如书桌上放置的书本或其它物品静止不动，我们可以说它们是处于平衡状态， 再比如随传送带匀速运动的物体，我们可以说物体处于平衡状态。 同学们还需要注意：缓慢的直线移动可认为是匀速直线运动。 现在，我们理解了什么是平衡状态，接下来请同学们思考当物体处于平衡状态时，物体的速度会有什么特点呢？ 有同学说可以等于零也可以是保持某个速度不变，非常好，那么加速度又有什么特点呢？ 无论是v=0 或v不变，我们可以发现它们的加速度都会等于零。 这就是平衡状态时的运动学特征。 所以说，我们在判断一个物体是否处于平衡状态时可以从速度和加速度的方面来进行判断。 只要这个物体满足速度等于0或不变，且加速度等于0则就是处于平衡状态。 思考讨论 弹簧振子中小球的速度在不断变化，因而它的动能在不断变化；弹簧的伸长量或压缩量在不断变化，因而它的势能也在不断变化。弹簧振子的能量变化具有什么规律呢？ O D C B A O D C B A 思考讨论 A A→O O A→O B 动能 势能 简谐运动中的各个物理量变化规律 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