2.2 简谐运动的回复力和能量 课件 -2026-2027学年高二上学期物理沪科版选择性必修第一册

简谐运动的回复力和能量 1 前课回顾 简谐运动 演示实验 3 4 ？ 振子的运动为何如此有规律？ 力 向心力——圆周运动 F向 重力——自由落体运动 5 O C B x 小球沿水平x轴方向运动，竖直方向合力为零。 水平x轴方向上的力由弹簧弹力提供。 活动：对运动中的小球受力分析 （只画水平方向的力） 6 x x x x x x x 力总是指向平衡位置。 ？ 小球所受的力在方向上有何规律？ 力总是和位移方向相反。 7 x x x x x x x F F F F F F F 一、回复力 1.定义：振动物体受到总是指向平衡位置的力，称为回复力。 平衡位置：回复力等于零的位置。 回复力的方向： 总是指向平衡位置。 总是与位移方向相反。 ？ 回复力的大小有何规律？ 胡克定律 8 2.简谐运动中回复力的表达式 “ ”表示回复力与位移方向相反 “ ”是比例系数（常量） “ ”是偏离平衡位置的位移 振动是不是简谐运动的动力学判断依据。 一、回复力 9 物体做简谐运动的判断依据 1 运动视角 2 动力学视角 10 力传感器 位移发射器 DIS实验 11 实验现象：图像符合余弦（或正弦）函数。 竖直方向弹簧振子的运动是简谐运动。 视频展示实验的图像 重复实验的图像 12 实验现象：不满足 的关系 ？ 与振子做简谐运动不符，是为什么呢？ 视频展示实验的图像 重复实验的图像 拉力不是回复力，合力是回复力？ 13 O1 平衡位置O 偏离平衡位置 的位移x 弹簧原长 振子静止在平衡位置O时： 振子所受弹力大小：F=kl=mg O2 振子运动到某位置O2处时： 振子所受弹力大小：F=k(l+x) 振子所受合力大小： F合=k(l+x) mg =k(l+x) kl =kx 弹簧伸长l 理论证明 mg F 14 再一次 DIS实验 15 实验现象：满足 的关系 视频展示实验的图像 重复实验的图像 16 2.简谐运动中回复力的表达式 “”表示回复力与位移方向相反 “ ”是比例系数（常量） “ ”是偏离平衡位置的位移 一、回复力 振动方向上的合力 17 回复力有对称性 回复力也有周期性 观察实验图像，回复力还有什么特点？ 回复力 位移 大家谈 18 3.回复力的特点 4.加速度 周期性 对称性 ？ 加速度是如何变化的？ 一、回复力 19 小试牛刀 18cm 弹簧劲度系数 N/m 平衡位置 振幅A 振幅A F最大 ？ 回复力的最大值？ 20 18cm WF =? WF J J 简谐运动中的能量 ？ 回复力做功多少？ 弹簧劲度系数 N/m 21 18cm WF =? WFF最大 J 6.075×10-3 J F x F最大 0 A ？ 回复力做功多少？ 弹簧劲度系数 N/m 22 WF WF = 6.075×10-3 J WF = 弹性势能减小了6.075×10-3J EP4= 0 EP1=6.075×10-3J WF =EP7 ΔEP= 6.075×10-3 J 23 EP1 最大 ？ 伴随弹簧弹力做功，弹性势能减小，转化成什么形式的能呢？ 应该是转化成动能了。 机械能守恒！ EP4 24 机械能守恒 仅弹力做功 振子位置 位移（m） 弹性势能（J） 动能（J） 机械能（J） ① -0.09 6.075×10-3 0 6.075×10-3 ①→④ 减小 减小 增大 6.075×10-3 ④ 0 0 6.075×10-3 6.075×10-3 ④→⑦ 增大 增大 减小 6.075×10-3 ⑦ 0.09 6.075×10-3 0 6.075×10-3 活动：填写表格，完成对弹簧振子的能量分析 25 振子位置 位移（m） 弹性势能（J） 动能（J） 机械能（J） ① -0.09 6.075×10-3 0 6.075×10-3 ①→④ 减小 减小 增大 6.075×10-3 ④ 0 0 6.075×10-3 6.075×10-3 ④→⑦ 增大 增大 减小 6.075×10-3 ⑦ 0.09 6.075×10-3 0 6.075×10-3 2.平衡位置的动能最大。 3.最大位移位置的弹性势能最大。 水平弹簧振子做简谐运动的过程中 1.只有弹力做功，动能与弹性势能相互转化，机械能守恒。 4.振动中任一位置的机械能称为简谐运动的能量。 二、简谐运动的能量 26 F x A A' 能量与振幅有关。 二、简谐运动的能量 27 ？ 振幅会影响振动周期吗？ 弹簧振子振动的周期与振幅无关，是由弹簧振子本身决定的，物理学上我们称为固有周期。 28 简谐运动的 回复力和能量 回复力 系统机械能守恒 能量 总能量与振幅有关 课堂小结 29 思考： 竖直方向弹簧振子系统中具有哪些能量？请分析振动过程中这些能量的变化情况。 课后作业 30 Lavf57.62.100 新录音 2 com.apple.VoiceMemos (iPad Version 17.7.10 (Build 21H450)) 2023 Blues 15096.0 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 $