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和能量，通过弹簧振子释放后往复运动的问题导入，引导学生思考受力与惯性，衔接机械振动基础，搭建从现象到本质的学习支架。 其亮点在于以核心素养为导向，通过“m随M振动的回复力来源”等问题驱动探究，结合竖直弹簧振子证明简谐运动等实例强化科学思维与模型建构，用表格对比位移、动能、势能变化助理解。分层练习设计帮助学生深化认知，教师可直接用于教学，提升效率。

3.简谐运动的回复力和能量 第二章 机械振动 人教版选择性必修第一册 导入新课 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？ 平衡位置 导入新课 弹簧振子的受力特点 1.振子的受力方向和位移方向总是相反。 2.偏离平衡位置处，总有一个指向平衡位置的合力作用 。 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 学习目标 物理观念 通过分析弹簧振子的受力情况，理解回复力的概念。 科学思维 分析简谐运动位移和弹性势能、速度、动能的联系，强化图像的理解及应用。 科学探究 探究位移、速度、加速度和回复力的变化规律及相互联系。 科学态度 与责任 用模型解决实际问题，强化建构模型的思维方法。 知道简谐运动中系统机械能守恒，理解守恒思想。 重点难点 重点 1. 简谐运动回复力的研究。 2.简谐运动能量的转化关系。 3.利用表格、图形和图像等方法理解问题。 难点 1.从回复力和惯性两个角度理解简谐运动。 2.从不同角度理解简谐运动的能量特点。 1. 简谐运动的回复力 2. 简谐运动的能量 3. 课堂总结 4. 练习与应用 5. 提升训练 学习内容 第3节 简谐运动的回复力和能量 一、简谐运动的回复力 第3节 简谐运动的回复力和能量 甲 乙 丙 Q O P 一、简谐运动的回复力 1.定义：使振子回到平衡位置的力叫做简谐运动的回复力。 2.特点：效果力，按力的作用效果命名，方向始终指向平衡位置。 3.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. 回复力由弹簧的弹力提供 回复力由弹簧的弹力与重力的合力提供 m随M 一起振动，m的回复力是静摩擦力 回复力可以是一个力单独提供，也可由几个力的合力提供，或由某个力的分力提供。 一、简谐运动的回复力 想想议议 【提示】弹力和重力的合力充当回复力。 问题二：竖直方向的弹簧振子由哪些力提供回复力？ 问题一：m随M一起振动，m的回复力是由哪个力提供？ 【提示】m的回复力是静摩擦力提供。 M m m 一、简谐运动的回复力 4.公式: (1)大小: (2)方向: 总是指向平衡位置. 常量(弹簧的劲度系数) 离开平衡位置的位移 弹簧振子的加速度有何特点呢？ 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， 一、简谐运动的回复力 5.判断物体是否做简谐运动的两种方法 （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； 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。 一、简谐运动的回复力 判断一个运动是否是简谐运动的具体步骤如下： 动力学方法：找出回复力和位移的关系，若满足F＝－kx(或a＝－x)，就可以判定此振动为简谐运动，此方法是既简单又常用的方法。 ①物体静止时的位置即为平衡位置，一般规定位移的方向为正方向。 ②在振动过程中任选一位置(偏离平衡位置的位移为x)，对物体进行受力分析。 ③对力沿振动方向进行分解，求出振动方向上的合力。 ④判定振动方向上的合力与位移的关系是否符合F＝－kx即可。 一、简谐运动的回复力 例题1：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 二、简谐运动的能量 第3节 简谐运动的回复力和能量 二、简谐运动的能量 弹簧振子的运动与能量的关系 （1）速度与动能： 速度增加，动能也增加 （2）弹簧形变量与势能： 思考：在一个周期内，弹簧振子的能量是如何变化的？ 弹簧形变量在变化，因而势能也在变化 二、简谐运动的能量 仔细观察 进行填空 A A→O O O→B B x 动能 势能 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 实际的运动都有一定的能量损耗，所以简谐运动是一种理想化的模型 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 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 二、简谐运动的能量 4.简谐运动的三大特征 B D O x （2）对称性：关于对称位置①a、F、S大小相同，方向相反；动能势能相同； ②V大小相同，方向不一定。 关于同一位置①a、F、S，动能势能相同；②V大小相同，方向相反。 （1）瞬时性:a、F、x具有瞬时对应性 （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)。 二、简谐运动的能量 例题2：如图所示,由轻质弹簧下面悬挂一物块组成一个竖直方向振动的弹簧振子,弹簧的上端固定于天花板,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,此后振子在平衡位置附近上下做简谐运动,不计空气阻力,则(　　) A.振子速度最大时,振动系统的势能为零 B.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.振子经平衡位置时,振动系统的势能最小 D.振子在振动过程中,振动系统的机械能不守恒 C 三、课堂总结 第3节 简谐运动的回复力和能量 三、课堂总结 简谐运动的回复力 回复力的表达式 回复力的方向 简谐运动的能量 回复力定义 简谐运动的动力学特征 弹簧振子在运动中，系统的机械能守恒。 同一振动系统的机械能跟振幅有关，振幅越大，机械能就越大。 简谐运动的回复力和能量 甲 乙 丙 Q O P 四、练习与应用 第3节 简谐运动的回复力和能量 四、练习与应用 1.［多选］下列关于简谐运动回复力的说法正确的是（　　） A.回复力是使物体回到平衡位置的力 B.回复力一定是变力 C.回复力的方向总是跟物体离开平衡位置的位移方向相同 D.回复力的方向总是跟物体的速度方向相反 AB 四、练习与应用 2．（多选）如图所示是某一质点做简谐运动的图象，下列说法正确的是（　　） A．在第1 s内，质点做加速运动 B．在第2 s内，质点做加速运动 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 四、练习与应用 3. (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 四、练习与应用 4.光滑的水平面上放有质量分别为m和m/2的两木块，下方木块与一劲度系数为k的弹簧相连，弹簧的另一端固定在墙上，如图所示。已知两木块之间的最大静摩擦力为Ff ，为使这两个木块组成的系统能像一个整体一样一起振动，系统的最大振幅为 (　　) A. Ff /k B. 2Ff /k C. 3Ff /k D. 4Ff /k C 四、练习与应用 5.如图所示,一个劲度系数为k的轻弹簧下端固定在挡板上,上端与质量为mA的物块A连接在一起,质量为mB的物块B紧挨着物块A静止在斜面上。某时刻将B迅速移开,A将在斜面上做简谐运动,若取沿斜面向上为正方向,移开B的时刻为计时起点,则A的振动位移随时间变化的图像是 (　　) B $