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

选修第一册 第二章 机械振动 2.3 简谐运动的回复力和能量 （1） 复习深化 振幅 角速度 初相位 若从平衡位置开始计时，则有 我们学过哪些运动及其受力如何？ 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合的方向与速度在一条直线上 F合的方向与速度方向有一夹角 F合的方向与速度方向始终垂直 情景导入 F合=0 F合=ma F合=ma (1)当振子离开O点后，是什么力使其回到平衡位置？ (2)使振子回到平衡位置的力与振子离开平衡位置的位移的大小及方向有何关系？ 以水平方向的弹簧振子为例， 物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？ O A B C D O A B C D O A B C D O A B C D x x F F O A B C D 思考与讨论 O A B C D O A B C D O B C D A O A B C D x x x F F F x F 弹簧振子所受的合力F与振子位移x的大小成正比，且合力F的方向总是与位移x的方向相反。 由于力F的方向总是与位移x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。 回 1、概念： 2、方向： 使振子回到平衡位置的力 始终指向平衡位置 6、回复力来源： 3、特点： 按力的作用效果命名 振动方向上的合外力 ④或者某个力的分力 知识点一 简谐运动的回复力 ①回复力可以是弹力 ②也可以是其它力(包括摩擦力) ③可以是某一个力，或几个力的合力 4、大小： F回= - kx 式中“-”表示F与x方向相反 7.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。 5、加速度： 知识点一 简谐运动的回复力 ACD 巩固1、(多选)如图所示，物体A与滑块B一起在光滑水平面上做简谐运动，A、B之间无相对滑动，已知轻质弹簧的劲度系数为k，A、B的质量分别为m和M，下列说法正确的是(　　 ) A.物体A的回复力是由滑块B对物体A的摩擦力提供 B.滑块B的回复力是由弹簧的弹力提供 C.物体A与滑块B看成一个振子，其回复力大小跟位移大小之比为k D.若A、B之间的动摩擦因数为μ，则A、B间无相对滑动的最大振幅为 知识点一 简谐运动的回复力 巩固2、(多选)如图所示，物块系在两水平弹簧之间，两弹簧的劲度系数分别为k1和k2，且k1＝k，k2＝2k，两弹簧均处于自然伸长状态，今向右拉动物块，然后释放，物块在B、C间振动(不计阻力)，O为平衡位置，则下列判断正确的是(　　) A.物块做简谐运动，OC＝OB B.物块做简谐运动，OC≠OB C.回复力F＝－kx D.回复力F＝－3kx AD 8.物体做简谐运动的判断方法： （1）力学角度： （2）运动学角度： 知识点一 简谐运动的回复力 回复力满足F=-kx 振动图象（x-t图象）是正弦函数 A O B mg F1 x F mg 由平衡条件，得 设以向上为正方向，则 联立解得 可知F回大小与x成正比，方向与x相反，故小球做简谐运动。 位移x 回复力F 加速度a 速度v 势能EP 动能EK 方向 大小 方向 大小 方向 大小 方向 大小 O O→B B B→O O O→A A A→O ↗ ↘ ↗ ↗ ↗ ↗ ↗ ↘ ↘ ↘ ↘ ↘ ↘ ↘ ↘ ↘ ↘ ↗ ↗ ↗ ↗ ↗ ↗ ↘ 向右 向右 向右 向右 向右 向右 向右 向右 向右 向右 向右 向左 向左 向左 向左 向左 向左 向左 向左 向左 向左 向左 向左 向右 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 max max max max max max max max max max max max 0 O A B 知识点二 简谐运动中各物理量的变化规律 1、x、F回、a和EP同步，与v和Ek变化步调相反。 2、最大位移处是v方向变化的转折点。而v为0是位移变化的位置， 3、最大位移处Ek为0，EP最大；平衡位置处Ek最大，EP为0。 4、质点做简谐运动时动能和EP相互转化，机械能总量保持不变。 总机械能 =任意位置的Ek+EP =平衡位置的Ek =最大位移处的EP 知识点二 简谐运动中各物理量的变化规律 1、简谐振动中的对称关系 （1）关于平衡位置的对称点 ①a、F、x大小相同，方向相反；动能势能相同 ②v大小相同，方向不一定 （2）先后通过同一位置 ①a、F、x、动能、势能相同 ②v大小相同，方向相反 t E 0 A B O O A 动能 2、简谐振动中的对称关系 势能 机械能 知识点二 简谐运动中各物理量的变化规律 知识点二 简谐运动中各物理量的变化规律 巩固3、如图所示，由轻质弹簧下面悬挂一物块组成一个沿竖直方向振动的弹簧振子，弹簧的上端固定于天花板上，当物块处于静止状态时，取它的重力势能为零，现将物块向下拉一小段距离后放手，此后弹簧振子在平衡位置附近上下做简谐运动，不计空气阻力，则(　　) A.弹簧振子速度最大时，振动系统的势能为零 B.弹簧振子速度最大时，物块的重力势能与弹簧的弹性势能相等 C.弹簧振子经平衡位置时，振动系统的势能最小 D.弹簧振子在振动过程中，振动系统的机械能不守恒 C 知识点二 简谐运动中各物理量的变化规律 巩固4、(多选)如图是弹簧振子做简谐运动的振动图像， 下列说法中正确的是(　 　) A.曲线上A、C、E点对应的弹簧振子的势能最大 B.曲线上A、E点对应的弹簧振子的势能最大，C点对应的弹簧振子的势能最小 C.曲线上B、D点对应的弹簧振子的机械能相等 D.曲线上F点对应的弹簧振子的动能最大 ACD 知识点二 简谐运动中各物理量的变化规律 巩固5、如图所示是弹簧振子做简谐运动的振动图像， 可以判定(　　) A.t1到t2时间内，系统的动能不断增大，势能不断减小 B.0到t2时间内，振子的位移增大，速度增大 C.t2到t3时间内，振子的回复力先减小再增大，加速度的方向一直沿x轴正方向 D.t1、t4时刻振子的动能、速度都相同 A 知识点二 简谐运动中各物理量的变化规律 C 巩固6、如图甲所示为以O点为平衡位置，在A、B两点间做简谐运动的弹簧振子，图乙为这个弹簧振子的振动图像，以向右为 正方向，由图可知下列说法中正确的是(　　) A.在t＝0.2s时刻，弹簧振子运动到O位置 B.在t＝0.1s与t＝0.3s两个时刻，弹簧振子的速度相同 C.从t＝0到t＝0.2s的时间内，弹簧振子的动能持续地减小 D.在t＝0.2s与t＝0.6s两个时刻，弹簧振子的加速度相同 机械能守恒 小 结 课后作业 2、完成小本：2.3 1、复习：2.3 $$