2.3 简谐运动的回复力和能量 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦简谐运动的回复力（定义、F=-kx关系及来源）和能量（转化与守恒规律），通过弹簧振子小球互动操作（点击触发振动）导入，以“小球受力特点”问题链衔接受力分析前备知识，搭建从运动现象到动力学本质的学习支架。 亮点在于融合科学思维与科学探究，通过弹簧振子模型建构（如竖直振子回复力推导）、物理量变化规律表格（A-O-B过程位移、速度、能量对比）实现模型建构与科学推理，结合点击互动探究能量变化，随堂练习强化物理观念。助力学生深化运动与相互作用、能量观念，教师可高效开展概念教学与规律应用。

第二章 机械振动 2.3简谐运动的回复力和能量 弹簧振子的阵动 （请点击小球） O A A 课堂引入 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。小球的受力满足什么特点才会做这种运动呢？ 思考： P Q F 1.小球运动过程中经过O点时，受到的合力为多大？ 2.小球运动到O点右侧的P点时，受到的合力方向如何？ 与小球偏离平衡位置位移的方向相同还是相反？ 3.小球运动到O点左侧的Q点时，受到的合力方向如何？ 与小球偏离平衡位置位移的方向相同还是相反？ 4.小球受到的合力的效果是什么？ F 0 相反 相反 始终想使小球回到平衡位置 一、简谐运动的回复力 2．回复力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向相反，总是指向平衡位置，它的作用是使振子能够回到平衡位置． 1．简谐运动的动力学定义：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． 3.回复力是指将振动的物体拉回到平衡位置的力，是按照力的作用效果来命名的，分析物体的受力时，不分析回复力． 4.回复力可以由某一个力提供(如弹力、摩擦力等)，也可能是几个力的合力，还可能是某一力的分力，归纳起来回复力一定等于物体在振动方向上所受的合力．但是不一定等于物体所受的合外力。 (1)由F＝－kx知，简谐运动的回复力大小与振子的位移大小成正比，回复力的方向与位移的方向相反，即回复力的方向总是指向平衡位置． (2)公式F＝－kx中的k指的是回复力与位移间的比例系数，而不一定是弹簧的劲度系数，系数k由振动系统自身决定． 简谐运动的回复力的力学关系：F＝－kx. 简谐运动的回复力 (3)据牛顿第二定律，a＝ ＝－ x，表明弹簧振子做简谐振动时振子的加速度大小也与位移大小成正比，加速度方向与位移方向相反，所以简谐运动是一种变加速直线运动． 问题与思考 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？ 证明：平衡位置时弹簧的形变量为x0， 则 mg=kx0 规定竖直向下为正，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 判断物体是否做简谐运动的两种方法 2.F-x 满足 F=-kx的形式 1.x-t图像为正弦曲线 弹簧振子的阵动 （请点击小球） O A A 二、简谐运动的能量 弹簧振子中小球的速度在不断变化，因而它的动能在不断变化；弹簧的伸长量或压缩量在不断变化，因而它的势能也在不断变化。弹簧振子的能量变化具有什么规律呢？ 简谐运动中的各个物理量变化规律 A A－O O O－B B x v F、a 动能 势能 总机械能 向左减小 向右增大 向右减小 动能增大 势能减小 向右增大 向右减小 向左增大 动能减小 势能增大 不变 向左最大 向右最大 0 0 向右最大 0 0 向右最大 向左最大 动能最大 势能为0 动能为0 势能最大 动能为0 势能最大 O A B 简谐运动过程是一个动能和势能不断变化的过程，在任意时刻振动系统的总机械能不变．在平衡位置处，动能最大，势能最小；在最大位移处，势能最大，动能最小．振动系统的机械能与振幅有关，振幅越大，机械能就越大． 简谐运动的三大特征 P P/ x F(a) v v x F(a) v v x F(a) 1．瞬时性: a、F、x、v具有瞬时对应性 2．对称性: 关于平衡位置时间对称、速度对称。 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)。 课堂总结 简谐运动的回复力 (1)定义：振动物体受到的总能使振动物体回到平衡位置，且始终指向平衡位置的力，叫回复力。 (2)回复力的特性：①回复力是根据力的作用效果命名的，可以是重力、弹力或摩擦力，或几个力的合力，或某个力的分力等。②回复力总与位移的大小成正比，且与位移的方向相反。 (3)回复力的效果：使振动物体能够回到平衡位置。 (4)回复力的表达式：回复力总满足F＝－kx的形式，式中k是比例常数。 简谐运动的能量 （1）弹簧振子在运动中，不考虑摩擦等阻力造成的损耗，系统的动能和势能相互转化，但是振动系统的动能和势能之和保持不变，即系统的机械能守恒． （2）振动系统的机械能跟振幅有关，振幅越大，机械能就越大． 随堂练习 例1、(多选)物体做简谐运动时，下列叙述中正确的是(　 　) A．平衡位置就是回复力为零的位置 B．处于平衡位置的物体，一定处于平衡状态 C．物体到达平衡位置，合力一定为零 D．回复力的方向总是指向平衡位置 AD 随堂练习 例2、弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动，在振子向着平衡位置运动的过程中(　　) A．振子所受的回复力逐渐增大 B．振子离开平衡位置的位移逐渐增大 C．振子的速度逐渐增大 D．振子的加速度逐渐增大　　　 C 随堂练习 例3、(多选)如图所示是某一质点做简谐运动的图像，下列说法正确的是(　 　) A．在第1 s内，质点速度逐渐增大 B．在第2 s内，质点速度逐渐增大 C．在第3 s内，动能转化为势能 D．在第4 s内，动能转化为势能 BC 例4.(多选)如图所示,弹簧振子在光滑水平杆上的A、B之间做往复运动,下列说法正确的是(　　) A.弹簧振子运动过程中受重力、支持力和弹簧弹力的作用 B.弹簧振子运动过程中受重力、支持力、弹簧弹力和回复力作用 C.振子由A向O运动过程中,回复力增大 D.振子由O向B运动过程中,动能减小、势能增大 AD 随堂练习 $