2.2简谐运动的回复力及能量 课件 -2026-2027学年高二上学期物理教科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及能量，系统讲解回复力的定义、方向、大小（F=-kx），简谐运动的运动学特征与能量转化规律。通过弹簧振子受力特点的问题导入，结合模型分析和“回复力是否为额外力”等问题链，衔接运动学知识，搭建递进式学习支架。 其亮点在于以模型建构（弹簧振子、单摆）和科学推理（回复力随时间变化推导）为核心，通过表格对比不同位置位移、速度、能量变化培养能量观念。练习题结合图像分析，助力学生深化物理观念与科学思维，为教师提供结构化教学资源，提升课堂效率。

第2节 简谐运动的回复力及能量 1 F合的方向总是指向平衡位置，总与位移方向相反。 F合的作用效果“总想”把小球拉回平衡位置。 ①方向： ②作用效果： ③大小： 弹簧振子所受的合力F与振子位移x的大小成正比。 1.回复力：使质点回到平衡位置的力，方向始终指向平衡位置。 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？ 一：回复力 水平方向的弹簧振子模型如图所示。 (1)当小球离开O点后，是什么力使其回到平衡位置的？ 弹簧的弹力使小球回到平衡位置。 (2)观察弹簧振子的运动，并尝试做出以下8个时刻小球的合力和位移方向。 O A B O A B C D F x O A B C D F x O A B C D O A B C D F x O A B C D F x O A B C D F O A B C D x O A B C D F 5 甲 乙 丙 Q O P 问题1：回复力是振子额外受到的力吗？ 问题2：回复力一定由弹簧弹力提供吗？ 回复力不是额外的力，而是按作用效果命名的力；它可以由某一个力、几个力的合力或某个力的分力提供，其作用效果是使振子回到平衡位置。 (1)按力的作用效果命名 重力沿切向的分力提供回复力 弹力和重力的合力提供回复力 m的回复力由静摩擦力提供 (2)回复力来源：振动方向上的合外力 直线运动：F回=F合 平衡位置：F回=F合=0 曲线运动：F回是F合切线方向的力 平衡位置：F回=0 F合≠0 v 2.回复力的大小：弹簧振子回复力F由弹簧的弹力提供，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，即F=-kx 式中： “-” 表示回复力方向始终与位移方向相反； “k”为弹簧的劲度系数； “x”离开平衡位置的位移。 问题：简谐运动的回复力随时间如何变化？ 回复力随时间按正弦规律变化 简谐运动的定义的另一种表述 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。 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。 3.运动学特征： 直线运动：F回=F合=ma = -kx ①a与x成正比，方向相反 ②a的大小、方向都变化，简谐运动不是匀变速运动 二：简谐运动的能量转化 弹簧振子系统在振动过程中，有哪些能量在发生变化？ 一个周期内,这些能量是如何变化的？有什么联系？ 弹簧振子的速度是不断变化的，所以它的动能也是不断变化的 弹簧的伸长量和压缩量是不断变化的，所以它的弹性势能也是不断变化的 如果不考虑摩擦和空气阻力，振动系统的总机械能守恒 ——理想化模型 位置 Q Q → O O O → P P 位移的大小 速度的大小 动能 弹性势能 Q P O x 最大位移处速度为零，势能最大、动能最小；平衡位置处速度最大，动能最大、势能最小。 1.总机械能=任意位置的动能+势能 =平衡位置的动能 =振幅位置的势能 2.振动系统的能量与振动的振幅和劲度系数有关。劲度系数越大,振幅越大，振动的能量越大； 3.关于平衡位置的对称点： ①x、F回、a大小相同，方向相反；动能、势能相同。 ②v大小相同，方向不一定。 4.周期性： ①相距nT的两个时刻，振子的振动情况完全相同。x、F回、a、v大小相等方向相同，动能和势能相同。 ②相距的 两个时刻，振子的振动情况完全相反x 、F回、 v 、a 等大反向，动能和势能相同 简谐运动的回复力及能量 回复力 定义 方向：指向平衡位置 F=-kx 简谐运动的能量转化 动能 势能 机械能 1.一单摆振动过程中离开平衡位置的位移随时间变化的规律如图所示，取向右为正方向。则下列说法正确的是(       ) A.第1 s末和第5 s末摆球位于同一位置 B.0~1 s的时间内，摆球的回复力逐渐减小 C.t=3 s时，摆球的位移为振幅的 D.t=3 s时，摆球的速度方向与加速度方相反 C 2.图1为水平方向的弹簧，一端固定，另一端栓结一个小球，在水平横杆上运动，摩擦均不计，弹簧原长位置为B点，A和C为左右两边的运动最远点，以B点为坐标原点，该运动位移-时间图像如图2，则(　　) A.AC距离为5 cm B.从A到C的时间为6秒 C.从B到C做匀减速运动 D.从C到B弹性势能转化为动能 D 3.光滑斜面上物块A被平行斜面的轻质弹簧拉住静止于O点，如图所示，现将A沿斜面拉到B点无初速释放，物块在BC范围内做简谐运动，则下列说法正确的是(　　) A.在振动过程中，物块A机械能守恒 B.物块A在C点时，弹簧性势能最小 C.物块A在O点时，系统势能最小 D.物块A在B点时机械能最大 C $