2.3 简谐运动的回复力和能量 导学案-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

《简谐运动的回复力和能量》导学案 人教版（2019）高中物理选择性必修第一册　第二章 机械振动　第3节 一、学习目标 通过本节的学习，你将能够： 1. 理解回复力的概念，知道它是使物体回到平衡位置、总指向平衡位置的力，是一种效果力。 2. 掌握简谐运动的回复力表达式 F = -kx，理解“−”号的意义；会用动力学判据判断振动是否为简谐运动。 3. 知道简谐运动中动能与势能相互转化、机械能守恒，总机械能由振幅决定。 4. 会用动力学与能量观点分析位移、速度、回复力、加速度、动能、势能等物理量的变化规律。 二、学习重难点 学习重点：简谐运动回复力的特征（F = -kx）及相关物理量的变化规律；简谐运动中动能与势能的相互转化及机械能守恒。 学习难点：回复力“效果力”性质的理解；用能量观点分析动能与势能的相互转化及其与振幅的关系。 三、课前自主预习 先独立完成下列填空，再对照教材核对。 1. 回复力的定义：使振动物体回到________、始终指向________的力，叫回复力。它是以力的________命名的力，是一种________（填“独立存在的力”或“效果力”）。 2. 回复力的大小与方向：在水平弹簧振子中，回复力由________提供，其大小与振动物体偏离平衡位置的________成正比，方向与________方向相反，表达式为 F = ________，其中“−”号表示________。 3. 简谐运动的动力学判据：如果物体所受的力具有________的形式，物体就做简谐运动。判断一个振动是否为简谐运动，可看其回复力F与位移x是否满足________。 4. 简谐运动的能量：弹簧振子振动过程中，________与________相互转化，但动能与势能的总和即________保持不变，即机械能________；振动的总能量由________决定，振幅越大，能量________。简谐运动是一种________（填“无阻尼”或“有阻尼”）的理想化振动。 四、课堂合作探究 探究一　回复力是“效果力”，它一定等于合外力吗 问题1：弹簧振子中，回复力由什么力提供？回复力一定等于小球所受的合外力吗？请举例说明。 　　 　　 　　 探究二　如何用动力学判据判断简谐运动 问题2：竖直方向振动的弹簧振子（弹簧质量忽略、忽略空气阻力），其回复力与位移满足什么关系？是否做简谐运动？请简要分析。 　　 　　 　　 探究三　振动过程中的能量如何变化 问题3：水平弹簧振子从平衡位置运动到最大位移处的过程中，动能和势能如何变化？经过平衡位置时，动能和势能各有什么特点？总机械能与什么有关？ 　　 　　 　　 五、当堂检测 1.（单选）关于简谐运动的回复力，下列说法正确的是（　　） A. 回复力一定等于振动物体所受的合外力 B. 回复力总是指向平衡位置 C. 回复力的大小与位移大小无关 D. 回复力一定由弹簧弹力提供 2.（单选）弹簧振子做简谐运动，位移为x时回复力F与位移x的关系是（　　） A. F = kx（方向相同）　　　B. F = -kx（方向相反） C. F 与 x 无关　　　　　　D. F 与 x 成正比且方向相同 3.（多选）关于简谐运动的能量，下列说法正确的有（　　） A. 简谐运动中动能与势能相互转化，机械能守恒 B. 振动的总能量与振幅有关，振幅越大能量越大 C. 经过平衡位置时，动能最大、势能最小 D. 振幅越小，振动越快 4. 简谐运动的回复力表达式为 F = ________，式中“−”号表示回复力方向与位移方向________；简谐运动是________（填“无阻尼”或“有阻尼”）的理想化模型。 　　 　　 　　 六、课堂小结 1. 回复力：效果力，总指向平衡位置。 2. 表达式：F = -kx（k为比例常数）。 3. 动力学判据：F = -kx ⟺ 简谐运动。 4. 能量：动能与势能相互转化，机械能守恒；总能量由振幅决定。 七、参考答案 三、课前自主预习 1. 平衡位置；平衡位置；作用效果；效果力。 2. 弹簧弹力；位移大小；位移；-kx；回复力方向与位移方向相反。 3. F = -kx；F = -kx。 4. 动能；弹性势能；机械能；守恒；振幅；越大；无阻尼。 四、课堂合作探究 探究一　问题1：水平弹簧振子的回复力由弹簧弹力提供；回复力等于振动方向上的合力，但不一定等于合外力（如竖直弹簧振子的回复力是重力与弹力沿振动方向合成的结果）。 探究二　问题2：竖直弹簧振子中，回复力与位移成正比且方向相反，满足 F = -kx，因此做简谐运动。 探究三　问题3：从平衡位置到最大位移，动能减小、势能增大；经过平衡位置时动能最大、势能最小；总机械能守恒，与振幅有关（振幅越大能量越大）。 五、当堂检测 1. B　　2. B　　3. ABC 4. -kx；相反；无阻尼。 学科网（北京）股份有限公司 $