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.

2.3 简谐运动的回复力和能量 简谐运动的回复力 判断物体做简谐运动的方法 简谐运动中的能量 目录 CONTENTS 1 2 3 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？ 3 O A B 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 物体做简谐运动时， 在振动方向上所受的合力有什么特点？ 4 弹簧振子所受的合力与振子位移的大小成正比，且合力的方向总是与位移的方向相反。 式中为弹簧的劲度系数 由于力的方向总是与位移的方向相反，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。 物体做简谐运动时， 在振动方向上所受的合力有什么特点？ 5 一、简谐运动的回复力 1.定义： 使振动物体回到平衡位置的力。 2.特点：按力的作用效果命名(效果力)，方向始终指向平衡位置。 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. 振动方向上的合外力。 4.公式: “-” 表示回复力方向始终与位移方向相反. 6 练一练： 【例题1】做简谐运动的物体，当位移为负值时，以下说法正确的是（ ） A．速度一定为正值，加速度一定为正值 B．速度不一定为正值，但加速度一定为正值 C．速度一定为负值，加速度一定为正值 D．速度不一定为负值，加速度一定为负值 B 7 竖直方向振动的弹簧振子所做的振动是简谐运动吗？ （2）动力学：根据回复力去判断 （1）运动学：根据物体的x-t图像去判断 二、判断物体是否做简谐运动的方法 8 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) 9 三、简谐运动中的能量 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. 简谐运动中的各个物理量变化规律： 10 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。 1. 简谐运动中的各个物理量变化规律： 11 2. 简谐运动中的能量 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。 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 12 知识拓展 13 例2.振子连续两次通过P位置，下列各量哪些是相同的？ 位移（ ） 回复力（ ） 加速度（ ） 动能（ ） 势能（ ） 速率（ ） 速度（ ） √ × √ √ √ √ √ O B A P x 练一练： 14 练一练： 【例题3】关于弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法正确的有（ ） A．等于在平衡位置时振子的动能 B．等于在最大位移时弹簧的弹性势能 C．等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和 D．位移越大振动能量也越大 ABC 15 小结： 1．简谐运动 如果质点所受的力与它偏离平衡位置 的大小成 ，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。 2．回复力 使振动物体回到 的力。 3．回复力的方向 总是指向 。 4．回复力的表达式 F＝ 。即回复力与物体的位移大小成 ， “－”表明回复力与位移方向始终 ，k是一个常数，由简谐运动系统决定。 位移 正比 平衡位置 平衡位置 －kx 正比 相反 16 小结： 1．振动系统（弹簧振子）的状态与能量的对应关系： 弹簧振子运动的过程就是 和 互相转化的过程。 （1）在最大位移处， 最大， 为零。 （2）在平衡位置处， 最大， 最小。 2．简谐运动的能量特点： 在简谐运动中，振动系统的机械能 ，而在实际运动中都有一定的能量损耗，因此简谐运动是一种 的模型。 动能 势能 势能 动能 动能 势能 守恒 理想化 17 感谢倾听 18 $$