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与能量，通过弹簧振子模型，系统讲解回复力概念、F=-kx动力学特征及能量守恒规律，以“小球为何往复运动”等问题导入，构建从受力分析到能量转化的学习支架。 其亮点在于落实物理观念（运动与相互作用、能量观念），通过科学思维（模型建构、推理论证，如推导a=-kx/m、两种简谐运动证明法）与科学探究（问题引导、实例分析），结合当堂检测强化理解。助力学生深化概念认知与思维能力，为教师提供结构化教学资源，提升课堂效率。

第二章 机械振动 第3节 简谐运动的回复力和能量 1.会分析弹簧振子的受力情况，理解回复力的概念； 2.认识位移、速度、回复力和加速度的变化规律及相互联系； 3.会用能量观点分析水平弹簧振子动能、势能的变化情况，知道简谐运动中机械能守恒。 学习目标 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？ 新知导入 弹簧振子的受力特点 弹簧振子所受合力总是指向平衡位置 O A B C D O A B C D O A B C D x F x O A B C D F O A B C D x F x O A B C D F O B C D A x F O A B C D x F 新知学习 知识点一：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，叫做回复力。 2. 效果力 根据力的作用效果命名的，可以由某一个力提供（重力、弹力、摩擦力），或几个力的合力，或某个力的分力。受力分析时，不单独画出回复力。 回复力的效果：使振动物体能够回到平衡位置 新知学习 3. 表达式 F＝－kx 回复力方向：总与位移方向相反，总是指向平衡位置 回复力大小：总与偏离平衡位置的位移大小成正比 一定等于振动方向的合力，但不一定等于合外力 k：比例系数，不是弹簧的劲度系数，由振动系统自身决定 新知学习 做简谐运动的物体，在运动的过程中，加速度是如何变化的？ 表明弹簧振子做简谐运动时振子的加速度 a 总与位移的大小成正比，方向与位移的方向相反。 a 与 F 的变化规律相同 简谐运动是一种变加速的往复运动 根据牛顿第二定律得， 新知学习 4. 简谐运动的两种证明 （1）根据简谐运动的运动学特征： 证明振动的图象为正弦图象即可 （2）根据简谐运动的动力学特征 ①需证明回复力与位移的大小关系； ②需证明回复力与位移的方向关系； 新知学习 例题：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 新知学习 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？ O D C B A 新知学习 O D C B A A A→O O A→O B x 动能 势能 简谐运动中的各个物理量变化规律 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 0 增大 最大 减小 0 最大 减小 0 增大 最大 新知学习 知识点二：简谐运动的能量 1.简谐运动中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。 2.简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大。 t E O 机械能 势能 动能 A B O 新知学习 3.简谐运动的两个特殊位置 （1）最大位移处 （2）平衡位置处 x=0、F=0、a=0、Ep最小，v、Ek最大 x、F、a、Ep最大，v=0，Ek=0 新知学习 4.简谐运动的对称性 （1）位移和加速度的对称性 同一位置，位移和加速度相同； 对称位置加速度大小相等、方向相反，位移大小相等、方向相反。 （2）速度的对称性 同一位置或对称位置，速度大小相等，方向未必相同。 新知学习 课堂小结 1.（多选）在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，下列各组中描述振动的物理量总是相同的是（ ） A、加速度、回复力和位移 B、速度、加速度、动能 C、加速度、动能和位移 D、位移、动能、回复力 ACD 当堂检测 2. (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、弹簧弹力和回复力的作用 C.振子由A向O运动过程中,回复力逐渐增大 D.振子由O向B运动过程中,回复力的方向指向平衡位置 AD 当堂检测 3.(多选)把一个小球套在光滑细杆上,球与轻弹簧相连组成弹簧振子,小球沿杆在水平方向做简谐运动,它围绕平衡位置O在A、B间振动,如图所示,下列结论正确的是(　　) A.小球在O位置时,动能最大,加速度最小 B.小球在A、B位置时,势能最大,加速度最大 C.小球从A经O到B的过程中,回复力一直做正功 D.小球从B到O的过程中,振动的能量不断增加 AB 当堂检测 4．如图为某质点做简谐运动的图像，在0~1.5s范围内，以下说法正确的是（　 　） A．该质点的振动周期为7s，振幅为4cm B．0.4s与0.6s，物体的加速度相同，速度也相同 C．0.1s与1.3s，物体的回复力最大，动能最小 D．0.1s至0.5s这段时间，质点的位移方向和速度方向都发生了改变 C 当堂检测 $