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

2.3 简谐运动的回复力和能量 新教材 新高考 运 动 受力特点 力大小变化情况 与速度的方向关系 匀速直线运动 匀变速直线运动 匀变速曲线运动 匀速圆周运动 …… …… …… F合与v在一条直线上 F合与v方向有一夹角 F合与v方向始终垂直 新教材 新高考 思考1:小球为什么会做往复运动? 思考2:小球的受力满足什么特点才会做这种运动呢？ 存在力和惯性 新教材 新高考 O A B C D O A B C D O A B C D O A B C D x x x F F F 合力总是指向平衡位置 合力与位移方向总是相反 位移越大，合力也越大 新教材 新高考 1.定义:使振子回到平衡位置的力 回复力是按力的作用效果命名的 2.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. 一、简谐运动的回复力 3.大小: F=-kx “-”表示回复力方向始终与位移方向相反. 4.方向: 总是指向平衡位置. 新教材 新高考 新教材 新高考 注意：一般的简谐运动，回复力不一定是弹簧的弹力， 所以k不一定是劲度系数而是比例系数。 简谐运动定义的另一种表述： 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。 新教材 新高考 新课讲授 判断物体是否做简谐运动的方法： ①根据x-t振动图像去判断; ②根据回复力的规律F=-kx去判断. 新教材 新高考 新课讲授 （2）如果让你采用第二种办法， 你可以证明弹簧振子所做的振动是简谐运动吗？ 证明步骤： ①找平衡位置 ②找回复力 ③找F=-kx ④找方向关系 新教材 新高考 新课讲授 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) 新教材 新高考 动能 势能 Q Q-O O O-P P 0 增大 最大 减小 0 最大 减小 0 增大 最大 O Q P 二、简谐运动的能量 机械能 不变 简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大。 势能与动能，同一位置必相同，对称位置也必相同 新教材 新高考 t E 0 机械能 势能 动能 O 物体在做简谐运动时的Ek-t和Ep-t及E-t图象 二、简谐运动的能量 新教材 新高考 新教材 新高考 (1)简谐运动的回复力F＝-kx公式中的k为弹簧的劲度系数，是由弹簧的性质决定的．(　　)(2)小球做简谐运动，它的位移方向和加速度的方向相反．(　　)(3)水平弹簧振子运动到平衡位置时，回复力为零，因此能量也为零．(　　)(4)回复力的大小与速度的大小无关，速度增大时，回复力可能增大，也可能减小．(　　)(5)同一简谐运动中的能量由平衡位置的速度决定，若经过平衡位置的速度不变，则振动系统的能量不变．(　　) 新教材 新高考 新教材 新高考 【例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受力的说法中正确的是(　　) 新教材 新高考 【例2】(多选)物体m系在两水平弹簧之间，弹簧劲度系数分别为k1和k2，且k1＝k，k2＝2k，两弹簧均处于自然伸长状态，今向右拉动m，然后释放，物体在B、C间振动(不计阻力)，O为平衡位置，则下列判断正确的是(　　) 新教材 新高考 (1)简谐运动的能量取决于________，振子振动时动能和________相互转化，总机械能________． (2)振子在振动过程中，下列说法中正确的是________． (3)若振子运动到B处时将一质量为m的物体放到M的上面，且m和M无相对滑动而一起运动，下列说法正确的是________． 新教材 新高考 【例4】一质点做简谐运动的图像如图所示，在0.1～0.15 s这段时间内，质点的(　　) 新教材 新高考 新教材 新高考 $$