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

2.3 简谐运动的回复力和能量 第二章 机械运动 高二物理 南京市秦淮中学 NANJING QINHUAI SENIOR HIGH SCHOOL 1 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。 1.小球为什么会做往复运动呢？ 2.小球的受力满足什么特点才会做这种运动呢？ 引入1 C B O 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 规定向右为正方向 O B C Q P O B C Q P O B C Q P O B C Q P O B C Q P O B C Q P O B C Q P O C Q P B 𝒙 𝒙 思考1：判断小球偏离平衡位置位移的方向和小球受到的合力方向？ 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 一、简谐运动的回复力 思考2：弹簧振子在运动过程所受力的方向有什么特点？ 与偏离平衡位置位移的方向相反,受力方向总是指向平衡位置; 它的作用是把物体拉回到平衡位置,通常把这个力称为回复力。 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 一、简谐运动的回复力 （2）回复力由弹簧弹力提供的，回复力的大小与小球相对平衡位置的位移成正比。 思考3：弹簧振子在运动过程所受力的大小有什么特点？ （1）小球在平衡位置时，所受合力为0； 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 一、简谐运动的回复力 1.回复力定义：使振子回到平衡位置的作用力。 3.回复力是根据力的作用效果命名的，分析受力时不分析回复力。 F = - kx 简谐运动的动力学定义：如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置。 x 表示相对平衡位置的位移，“-”号表示F与x方向相反 2.大小： 4.来源：充当回复力的可以是某一个力，也可以是某个力的分力，还可以是几个力的合力，也就是振动方向上的合外力。 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 一、简谐运动的回复力 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 思考4：如图弹簧劲度系数为k，小球质量为m，平衡位置时弹簧形变量为x0，释放后小球上下运动，弹簧未超出弹性限度，小球的运动是简谐运动吗？其回复力是谁提供的？ x0 o 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 一、简谐运动的回复力 判断物体是否做简谐运动的方法： （2）根据回复力的规律去判断； （1）根据物体的振动图像是正弦曲线； 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。 （课本P45练习与应用1） 把倾角为θ的光滑斜面上的小球沿斜面拉下一段距离，然后松开。假设空气阻力可忽略不计，试证明小球的运动是简谐运动。 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 例题 例2 (链接人教版教材P45T2)一质量为m、底面积为S的正方体木块放在水面上静止(平衡),如图所示,现用力向下将其压入水中一段深度后(未全部浸没)撤掉外力,木块在水面上下振动,试判断木块的振动是否为简谐运动。 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 例题 解析　以木块为研究对象,设水的密度为ρ,静止时木块浸入水中的深度为Δx,当木块继续被压入水中x深度后受力如图所示, 则F回=mg-F浮 又 F浮=ρgS(Δx+x) 联立得F回=mg-ρgS(Δx+x) 因为静止时有mg=ρgSΔx, 所以F回=-ρgSx 即F回=-kx(k=ρgS),则木块的振动为简谐运动。 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 引入2 C B O 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？ 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 ❶简谐运动的能量：指振动系统的机械能。振动过程就是______和______相互转化的过程。 (1)在最大位移处，______最大，______最小为零。 (2)在平衡位置处，______最大，______最小。 ❷决定能量大小的因素 (1)振动系统的机械能跟振幅有关，振幅越大，机械能越大，振动越强。 (2)在简谐运动中，振动系统的机械能______，所以简谐运动是等幅振动，是一种理想化模型。 动能 势能 势能 动能 动能 势能 守恒 二、简谐运动的能量 t E 0 A B O 势能 动能 机械能 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 例题 训练1 如图所示为某弹簧振子做简谐运动的图像,下列说法正确的是(　　) D A.t=0.1 s与t=0.5 s时刻,振子的回复力相等 B.t=0.1 s到t=0.5 s,振子的动能先减小后增大 C.振动系统在t=0.1 s时刻的机械能比t=0.2 s时刻的大 D.从t=0时刻开始,经过任意0.4 s,振动系统的势能不变 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 例题 例3 如图所示,由轻质弹簧下面悬挂一物块组成一个沿竖直方向振动的弹簧振子,弹簧的上端固定于天花板上,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,此后弹簧振子在平衡位置附近上下做简谐运动,不计空气阻力,则(　　) A.弹簧振子速度最大时,振动系统的势能为零 B.弹簧振子速度最大时,物块的重力势能与弹簧 的弹性势能相等 C.弹簧振子经平衡位置时,振动系统的势能最小 D.弹簧振子在振动过程中,振动系统的机械能不守恒 C 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 简谐运动中各物理量的变化规律 （假设P、Q是最大位移处） O Q P   Q O O O P 偏离平衡位置的位移x 回复力F、加速度a 动能 弹性势能 机械能 向左最大 向左减小 O O O O O O O 不变 不变 不变 不变 不变 向右增大 向右最大 向右最大 向右减小 向左增大 向左最大 向右增大 向右最大 向右减小 增大 增大 最大 最大 最大 减小 减小 引入3 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 15 三、简谐运动中各物理量的变化规律 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 三、简谐运动中各物理量的变化规律 O Q P 1、位移x越大，回复力F回和加速度a越大，回复力和加速度的方向和位移方向相反。 2、位移x越大，速度v越小，速度的方向和位移方向可能相同，也可能相反。 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 例题 训练2 如图甲,将小鸟落在弹性树枝上的振动简化为简谐运动,小鸟的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　) D A.t=时刻,小鸟的加速度方向 和速度方向相反 B.t=时刻,小鸟的速度最小 C.t=时刻,小鸟的加速度最小 D.t=时刻,树枝对小鸟的弹力大于小鸟的重力 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 例题 4. （课本P45）图为某物体做简谐运动的图像，在 0~1.5 s 范围内回答下列问题。 （1）哪些时刻物体的回复力与 0.4 s 时的回复力相同？ （2）哪些时刻物体的速度与 0.4 s 时的速度相同？ （3）哪些时刻的动能与 0.4 s 时的动能相同？ （4）哪段时间的加速度在减小？ （5）哪段时间的势能在增大？ 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 分析简谐运动中各物理量变化情况的技巧 (1)分析简谐运动中各物理量的变化情况时，一定要以位移为桥梁，位移增大时，振动质点的回复力、加速度、势能均增大，速度、动能均减小；反之，则产生相反的变化。另外，各矢量均在其值为零时改变方向。 (2)分析过程中要特别注意简谐运动的周期性和对称性。位移相同时，回复力、加速度、动能、势能可以确定，但速度可能有两个方向，由于周期性，运动时间也不确定。　　 三、简谐运动中各物理量的变化规律 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 课堂小结 简谐运动的回复力和能量 1.回复力：F=-kx 2.能量： 3.各物理量的变化规律： ①简谐运动的动能和势能相互转化，机械能守恒。 效果力 x与F、a成正比，方向相反 x与v成负相关 ②x越大，势能越大，动能越小。 崇德樂善 知行合一 2.3 简谐运动的回复力和能量 谢谢观看 第二章 机械运动（2.3 简谐运动的回复力和能量） 高二物理 南京市秦淮中学 NANJING QINHUAI SENIOR HIGH SCHOOL EV.Movie.Editor Lavf58.33.100 www.ieway.cn $