2.3 简谐运动的回复力与能量 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

新教材人教版 物理（选择性必修第一册） 第二章 机械振动 第3节 简谐运动的回复力和能量 x 运动传感器 温故知新 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 思考1:小球为什么会做往复运动? 存在力和惯性 思考2:小球的受力满足什么特点才会做这种运动呢？ 与以往所学... text has been truncated due to evaluation version limitation. 2 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 所受的合力总是指向平衡位置 课堂引入 提问:判断不同时刻位移X方向和小球受力F的方向 简谐运动的回复力 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： 一、简谐运动的回复力 3.大小: “-”表示回复力方向始终与位移方向相反 4.方向: 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 F = - k x 总是指向平衡位置 O A B C D x F a=F/m,加速度与回复力变化情况相同。 一、简谐运动的回复力 F = - k x 问题1：你能根据回复力的方程说出简谐运动的定义的另一种表述吗？ 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。 问题2：k一定是弹簧的劲度系数吗？ 注意：对一般的简谐运动，由于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回复力与位移的比例系数 6.判断物体是否做简谐运动的两种方法 （1）x-t图像为正弦曲线 （2）F-x 满足 F=-kx的形式 常用步骤： ①找平衡位置 ②找回复力 ③找F=kx ④找方向关系 一、简谐运动的回复力 思考与讨论：根据所学知识思考如何判断物体是否做简谐运动 如图，一弹簧上端固定，劲度系数为k，另一端挂一质量为m的小球，平衡位置时弹簧的形变量为x0，释放后小球做上下运动，弹簧此时没有超出弹性限度，小球的运动是简谐运动吗？其回复力是谁提供的？ x0 o 证明：平衡位置时弹簧的形变量为x0， 则 mg=kx0 当小球向下运动到离平衡位置的距离是x时， 回复力：F=mg-k(x0+x) 得F=-kx， 即小球的运动是简谐运动。 重力和弹力的合力提供回复力 一、简谐运动的回复力 X v F、a Q Q-O O O-P P 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 O Q P 二、简谐运动中各个物理量的变化规律 1.简谐运动的加速度大小和方向都随时间做周期性变化，简谐运动是变加速运动 2.从最大位移向平衡位置运动时，v与a的方向一致，物体做加速度越来越小的加速运动； 3.从平衡位置向最大位移运动时，v与a的方向相反，物体做加速度越来越大的减速运动 新知引入 问题1：弹簧振子中小球的动能是不断变化的吗？为什么？ 是，因为小球的速度是不断变化的 问题2：弹簧振子中小球的势能是不断变化的吗？为什么？ 是，因为小球的伸长量或压缩量是不断变化的 O Q P 二、简谐运动中各个物理量的变化规律 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 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。 势能与动能是标量，同一位置必相同，对称位置也必相同。 t E 0 机械能 势能 动能 C B O 物体在做简谐运动时的Ek-t和Ep-t及E-t图象 三、简谐运动的能量 简谐运动的三大特征 1．瞬时性:a、F、x具有瞬时对应性 2．对称性: 3．周期性: (1)若t2－t1＝nT，则t1、t2两时刻振动物体在同一位置，运动情况完全相同 (2)若t2－t1＝nT＋T/2，则t1、t2两时刻描述运动的物理量(x、F、a、v)大小均相等、方向相反(或均为零)。 (2)运动时间对称 (1)关于平衡位置对称的两点，a(F回)大小相等，v大小相等，EK相等，EP相等 课堂小结 回复力 能量 回复力是使振子回到平衡位置的力，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. 大小: F=-kx 方向: 总是指向平衡位置 1.x-t图像为正弦曲线 2.F-x 满足 F=-kx的形式 $$