第2章 3. 简谐运动的回复力和能量(学案)-【成才之路】2023-2024学年高中新教材物理选择性必修第一册同步学习指导(人教版2019)

Ａ. 振子所受的弹力大小为 ５ Ｎꎬ方向指向 ｘ 轴 的负方向 Ｂ. 振子的速度方向指向 ｘ 轴的正方向 Ｃ. 在 ０ ~ ４ ｓ 内振子做了 １. ７５ 次全振动 Ｄ. 在 ０ ~ ４ ｓ 内振子通过的路程为 ４ ｃｍ ３. (２０２３􀅰浙江省舟山市高二调研)某实验小组利 用数字实验系统探究弹簧振子的运动规律ꎬ装 置如图所示ꎬ水平光滑导轨上的滑块与轻弹簧 组成弹簧振子ꎬ滑块上固定有传感器的发射器ꎮ 把弹簧拉长 ５ ｃｍ 后由静止释放ꎬ滑块开始振 动ꎮ 他们分析位移—时间图像后发现ꎬ滑块的 运动是简谐运动ꎬ滑块从最右端运动到最左端 所用时间为 １ ｓꎬ则弹簧振子的振动频率为多 少? 以释放的瞬时为初始时刻、向右为正方向ꎬ 求滑块运动的表达式ꎮ 请同学们认真完成练案[１０] 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 ３. 简谐运动的回复力和能量 目标体系构建 明确目标􀅰梳理脉络　 学习目标 　 　 １. 初步形成回复力的概念ꎬ理解简谐运动的 能量ꎮ ２. 利用能量守恒研究弹簧振子ꎬ探究弹簧振 子系统的机械能守恒ꎮ ３. 养成观察、分析、比较、归纳的良好习惯ꎬ激 发学生学习物理的积极性ꎮ 思维脉络 简谐运动的回 复力和能量 — —回复力— —概念— —效果 —来源 —简谐运动的动力学特征 Ｆ ＝ － ｋｘ —能量— —能量与振幅有关 —简谐运动机械能守恒 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 课前预习反馈 教材梳理􀅰落实新知　 知识点 １ 简谐运动的回复力 　 　 １.简谐运动的动力学定义 如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平 衡位置的位移大小成　 　 正比　 ꎬ并且总是指向 　 　 平衡位置　 ꎬ质点的运动就是简谐运动ꎮ 　 　 ２.回复力 项目 内容 定义 振动质点受到的总能使其回到　 　 平衡位 置　 的力 方向 总是指向　 　 平衡位置　 表达式 Ｆ ＝ 　 　 － ｋｘ　 效果 总是要把物体拉回到　 　 平衡位置　 知识点 ２ 简谐运动的能量 　 　 １.振动系统的状态与能量的关系 (１)振子的速度与动能:速度不断　 变化　 ꎬ 动能也在不断　 　 变化　 ꎮ (２)弹簧形变量与势能:弹簧形变量在不断　 　 变化　 ꎬ因而势能也在不断　 　 变化　 ꎮ ２.简谐振动的能量 振动系统的能量一般指振动系统的　 　 机械 能　 ꎮ 振动的过程就是　 　 动能　 和　 　 势能　 互相转化的过程ꎮ (１)在最大位移处ꎬ　 　 势能　 最大ꎬ　 　 动能　 为零ꎻ (２)在平衡位置处ꎬ　 　 动能　 最大ꎬ　 　 　 　 势能　 最小ꎻ 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 053 (３)在简谐运动中ꎬ振动系统的机械能 　 　 　 　 守恒　 (选填“守恒”或“减小”)ꎬ而在实际运 动中都有一定的能量损耗ꎬ因此简谐运动是一种 　 　 理想化　 的模型ꎮ ３.决定能量大小的因素 振动系统的机械能跟 　 　 振幅 　 有关ꎬ　 　 振幅　 越大ꎬ机械能就越大ꎬ振动越强ꎮ 思考辨析 　 『判一判』 (１)简谐运动的回复力可以是恒力ꎮ ( × ) (２)简谐运动平衡位置就是质点所受合力为零的 位置ꎮ ( × ) (３)做简谐运动的质点ꎬ振幅越大其振动的能量 就越大ꎮ ( √ ) (４)回复力的方向总是跟位移的方向相反ꎮ ( √ ) (５)弹簧振子在运动过程中机械能守恒ꎮ ( √ ) (６)通过速度的增减变化情况ꎬ能判断回复力大 小的变化情况ꎮ ( √ ) 『选一选』 　 　 把一个小球套在光滑细杆上ꎬ球与轻弹簧相 连组成弹簧振子ꎬ小球沿杆在水平方向做简谐运动ꎬ 它围绕平衡位置 Ｏ 在 Ａ、Ｂ 间振动ꎬ如图所示ꎬ下列 结论正确的是 ( Ｃ ) Ａ. 小球在 Ｏ 位置时ꎬ动能最小ꎬ加速度最小 Ｂ. 小球在 Ａ、Ｂ 位置时ꎬ动能最大ꎬ加速度 最大 Ｃ. 小球从 Ａ 经 Ｏ 到 Ｂ 的过程中ꎬ回复力先做 正功ꎬ后做负功 Ｄ. 小球从 Ｂ 到 Ｏ 的过程中ꎬ振动的能量不断 减小 『想一想』 　 　 弹簧下面挂一小钢球如图所示ꎬ它所 受的力与位移的关系也满足 Ｆ ＝ － ｋｘ 吗? ｘ 为弹簧的形变量吗? 它振动的回复力由 哪些力提供? 是简谐运动吗? 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋