2.3简谐运动的回复力和能量 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

简谐运动的回复力和能量 学习目标： 1.会分析弹簧振子的受力情况，理解回复力的概念。 2.会用动力学的方法分析简谐运动中位移、速度、回复力的变化规律。 3.运用能量观点，分析水平弹簧振子动能、势能的变化情况，知道简谐运动中机械能守恒。 重点：掌握简谐运动的动力学特征，明确回复力的概念。 难点：理解简谐运动过程中位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况。 观察：双向回力车的运动有什么特点？ 情景导入： 做往复运动 思考：双向回力车的运动是简谐运动吗？ 如果物体的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，这样的振动是一种简谐运动。 O D C B A （nobook虚拟实验） 探究：当我们把弹簧振子的小球拉离平衡位置0释放后，小球在平衡位置附近做简谐运动，规定水平向右为正方向，小球所受到的合力有什么特点？ O D C B A O D C B A O D C B A x x F F F合的方向总是与位移方向相反且指向平衡位置。 结论： 一、简谐运动的回复力 1.定义: 2.公式: “-” 表示F始终与X反向 3.方向: 使物体在平衡位置附近做往复运动的力称为回复力。 F= -kx 总是指向平衡位置。 K:比例系数 X:偏离平衡位置的位移 回复力是效果力 4.特点: （不能说受到回复力的作用） 学以致用1：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受力的说法正确的是(　　) A.物块A受重力、支持力及弹簧对它的弹力 B.物块A受重力、支持力、回复力 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 总结： 回复力可以是弹力,也可以是其它力;可以是某一个力，或几个力的合力,或者某个力的分力。 5.简谐运动的定义的另一种表述： 如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，物体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。 一、简谐运动的回复力 （1）振动x-t图像为正弦 （或余弦）曲线 （2）回复力满足 F=-kx的形式 6.物体做简谐运动的判断方法： 学以致用2：根据图中各图像可以判断出物体可能做简谐运动的是（　　） ②回复力F和 位移X的图像 ①心电图 ③用传感器和计算机描绘的滑块的x-t图像 A．①③ B．②④ C．②③ D．③④ C ④回复力F和 位移X的图像 二、简谐运动的能量 思考与讨论：弹簧振子的速度、动能也是不断变化的；弹簧的形变量、弹性势能也是不断变化的。那么弹簧振子的能量变化具有什么规律呢？ O Q P 序号 位置 Q Q→O O O→P P 1 位移的大小 2 速度的大小 3 动能 4 弹性势能 5 系统机械能 最大 ↓ 0 ↑ 最大 0 ↑ 最大 ↓ 0 0 ↑ 最大 ↓ 0 最大 ↓ 0 ↑ 最大 不变 不变 不变 不变 不变 简谐运动是一种理想化模型 二、简谐运动的能量 2.简谐运动中动能和势能相互转化，但机械能总量不变，即机械能守恒。 1.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 Q P O 3.对于弹簧劲度系数和小球质量都一定的系统，振幅越大，机械能越大。 学以致用3：(多选)如图所示，弹簧振子以O点为平衡位置，在Q、P两点之间做简谐运动。下列判断正确的是（　 　） A.振子在Q点时，它的位移最大、回复力最大 B.振子在平衡位置O点时，它的速度最小 C.振子在P点时，它的弹性势能最大 D.振子从Q→P的过程中，机械能先增大后减小。 A C 追问1：在x、F 、V 、EK 、EP中，振子位于最大位移时， 为零的是 ；最大的是 。 追问2：在x、F、 V、 EK 、EP中，振子位于平衡位置时， 为零的是 ；最大的是 。 x、F 、EP V 、EK x、F 、EP V 、EK 课堂总结 简谐运动的回复力 简谐运动的能量 定义 简谐运动的能量与振幅有关 简谐运动机械能守恒 简谐运动的回复力和能量 大小F=-kx 方向：总是指向平衡位置 理想化模型 作业布置 必做题：教材P45页1、4 选做题：教材P45页2、3 探究性作业：拆开双向回力车，在拆卸的过程中探究它的构造和工作原理，并最终还能将其组装恢复。同时思考下回力车中“回力”二字该怎么理解他们。 $$