2.2简谐运动的回复力及其能量 课件-2024-2025学年高二上学期物理教科版（2019）选择性必修第一册

2.2简谐运动的回复力及其能量 自我精进 勇毅担当 “自主化、情境化“展学课堂实践 “展学式”课堂教学实践 导标 “自主化、情境化“展学课堂实践 1.理解回复力的概念、简谐运动的能量。 2.会用动力学方法，分析简谐运动的变化规律。 3.能定性地说明弹簧振子系统的机械能守恒。 “展学式”课堂教学实践 导标 简谐运动的跟以上运动有什么相同点和区别？ 匀速直线运动 F合=0 匀变速直线运动 F合=ma,F合和v方向在一条直线上 匀变速曲线运动 F合=ma,F合和v方向有一夹角 圆周运动 F合=mv2/r,F合和v方向始终垂直 “展学式”课堂教学实践 如图所示为水平方向的弹簧振子模型。 (1)当小球离开O点后，是什么力使其回到平衡位置的？ 弹簧的弹力使小球回到平衡位置。 思考： 学标1：回复力 “展学式”课堂教学实践 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 X X X X F F F F F F O A B （2）观察弹簧振子的运动，并尝试做出以下8个时刻小球的合力和位移方向？ 学标1：回复力 “展学式”课堂教学实践 （3）弹簧振子的合力有什么特点？ F合的方向总是指向平衡位置，总与位移方向相反。 F合的作用效果“总想”把小球拉回平衡位置。 ①方向： ②作用效果： ③大小： 弹簧振子所受的合力F与振子位移x 的大小成正比。 学标1：回复力 “展学式”课堂教学实践 学标1：回复力 重力沿切向的分力提供回复力 1、定义：质点偏离平衡位置时，受到的始终指向平衡位置的力，叫做回复力 2、说明： （1）按力的作用效果命名 一、简谐运动的回复力 ①回复力可以是弹力，也可以是其它力; ②回复力可以是某一个力，或几个力的合力，或者某个力的分力。 弹力和重力的合力提供回复力 m的回复力由静摩擦力提供 “展学式”课堂教学实践 验标1：回复力 “展学式”课堂教学实践 学标1：回复力 (胡克定律) （1）回复力与位移成正比，且与方向相反 3、回复力的大小： F回：回复力 k： 比例系数（当为弹簧振动时，k为劲度系数） x: 位移 (1) x-t 图像为正弦曲线 (2)F回 满足F回=－kx的形式 (2）判断物体做简谐运动的条件 “展学式”课堂教学实践 4、运动学特征： 直线运动：F回=F合=ma = -kx ①a与x成正比，方向相反 ②a的大小、方向都变化，简谐运动不是匀变速运动 学标1：回复力 “展学式”课堂教学实践 问题：简谐运动的回复力随时间如何变化？ 回复力随时间按正弦规律变化 学标1：回复力 “展学式”课堂教学实践 5、简谐运动的定义的另一种表述： 如果质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置,质点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。 学标1：回复力 “展学式”课堂教学实践 在平衡位置时，有 在c点弹力大小 振子受的合力 解：取竖直向下为正方向，如图所示， 例1：弹簧劲度系数为k，在弹簧下端挂一个重物，质量为m，重物静止.在竖直方向将重物下拉一段距离(没超过弹簧弹性限度)，然后无初速度释放，重物在竖直方向上下振动(不计空气阻力)。 试分析该重物是否做简谐运动？ 平衡位置 mg F´ 验标1：回复力 “展学式”课堂教学实践 方法： 1、以振子为研究对象，做受力分析 2、明确回复力 3、确定平衡位置 4、以任意位置的振子为研究对象，做受力分 析，标注振子的位移（偏离平衡位置）， 求解回复力与位移的大小关系 5、根据F回与x的方向关系得到F回=-kx 验标1：回复力 “展学式”课堂教学实践 学标2：简谐运动的能量 “展学式”课堂教学实践 2、总机械能=任意位置的动能+势能 =平衡位置的动能 =振幅位置的势能 3、振动系统的能量与振动的振幅和劲度系数有关。劲度系数越大,振幅越大，振动的能量越大； 1、平衡位置：势能最小，动能最大； 最大位移：动能为零，势能最大。 二、简谐运动的能量 学标2：简谐运动的能量 “展学式”课堂教学实践 4、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 学标2：简谐运动的能量 “展学式”课堂教学实践 5、简谐运动的规律 （1）两个特殊位置 最大位移处： x、F、a、Ep最大，v、Ek为零； 平衡位置处： x、F、a、Ep为零，v、Ek最大. （2）各个物理量间的关系 x a与F满足正弦函数变化规律 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 学标2：简谐运动的能量 “展学式”课堂教学实践 （3）对称性 关于平衡位置的对称点： ①x、F回、a大小相同，方向相反；动能、势能相同。 ②v大小相同，方向不一定。 学标2：简谐运动的能量 “展学式”课堂教学实践 验标2：简谐运动的能量 “展学式”课堂教学实践 验标2：简谐运动的能量 “展学式”课堂教学实践 课堂小结 “展学式”课堂教学实践 $$