第2章 2. 简谐运动的回复力及能量-2026-2027学年高中物理选择性必修第一册课堂重点&课时训练合集（教科版）

教科版·选择性必修第一册·第二章机械振动 简谐运动的回复力及能量 课时重点&课堂同步 模块1 本小节知识重点梳理 序号 核心知识点 要点说明 回复力定义 使振动物体回到平衡位置的力叫做回复力。回复力是按效果命名的力，可以是 某一个力，也可以是某个力的分力或几个力的合力。 简谐运动的动力学特征 物体所受回复力F的大小与它偏离平衡位置的位移x的大小成正比，方向总指 向平衡位置，即F=。 比例系数k 式中k为常数，叫做劲度系数（或回复力系数），单位：N/。k由振动系统本 3 身的性质决定，与振幅无关。 负号的意义 公式中负号表示回复力方向与位移方向始终相反，即回复力总指向平衡位置。 加速度特征 由牛顿第二定律得a=-(k/m)X,加速度大小与位移大小成正比，方向始终 指向平衡位置。 6 简谐运动的能量 简谐运动中，动能和势能相互转化，但总机械能守恒。 能量与振幅的关系 对同一振动系统，振幅越大，振动能量越大。能量与振幅的平方成正比，即E ∝A2。 平衡位置的能量特点 在平衡位置：位移为零，回复力为零，动能最大，势能最小（弹性势能或重力 势能取零参考点)。 9 最大位移处的能量特点 在最大位移处：位移最大，回复力最大，速度为零，动能为零，势能最大。 能量转化过程 远离平衡位置：动能→势能；靠近平衡位置：势能→动能。无阻力时机械能总 10 量保持不变。 核心公式汇总 回复力：F=x 加速度：a=-(kWm)x 能量关系：E=Ek+Ep=常量 振幅与能量：E∝A2 模快2 课堂同步提升习题 一、单选题（每题只有一个正确选项） 1.关于简谐运动的回复力，下列说法正确的是 A.回复力一定是物体受到的合外力 B.回复力是按性质命名的力 C.回复力的方向总是指向平衡位置 D.回复力的大小与位移成正比，方向与位移相同 2.做简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，可能不同的物理量是 A.位移B.回复力C.加速度D.速度 3.简谐运动中，物体在平衡位置时，下列物理量最大的是 A.位移B.回复力C.动能D.势能 4.关于简谐运动的能量，以下说法正确的是 A.振幅越大，振动能量越小 B.振动能量与振幅成正比 C.振动能量与振幅的平方成正比 D.振动能量与频率成正比 5.做简谐运动的弹簧振子，当位移为正向最大时，以下判断正确的是 A.速度最大，加速度为零 B.速度为零，加速度最大 C.速度为零，加速度为零 D.速度最大，加速度最大 6.简谐运动中，回复力F与位移x的关系图像应为 A过原点的直线，斜率为正 B.过原点的直线，斜率为负 C.不过原点的直线 D.抛物线 7.一个做简谐运动的物体，当它从平衡位置向最大位移处运动的过程中，下列说法正确的是 A.动能增大，势能减小 B.动能减小，势能增大 C.动能和势能都增大 D.动能和势能都减小 8.弹簧振子的劲度系数为k,振幅为A,当振子位移为A/2时，回复力大小为 A.kA B.kA/2 C.kA/4 D.2kA 9.关于简谐运动中的能量转化，下列说法正确的是 A.在平衡位置，动能最大，势能最大 B.在最大位移处，动能最大，势能最小 C.在平衡位置，动能最大，势能最小 D.在最大位移处，动能最小，势能最小 10.做简谐运动的物体，当它的加速度方向与速度方向相同时，物体正在 A.远离平衡位置 B.靠近平衡位置 C.经过平衡位置 D.经过最大位移处 二、多选题（每题有多个正确选项） 11.关于简谐运动的回复力，下列说法正确的是 A.回复力是效果力 B.回复力方向总指向平衡位置 C.回复力大小与位移大小成正比 D.回复力方向与位移方向始终相同 12.做简谐运动的物体，在最大位移处，下列物理量中为零的是 A位移B.速度C.动能D.回复力 13.关于简谐运动的能量，下列说法正确的是 A.简谐运动过程中机械能守恒 B.动能和势能相互转化 C,振幅越大，总能量越大 D.总能量与振幅成正比 14.一弹簧振子做简谐运动，下列说法正确的是 A位移减小时，加速度减小，速度增大 B.位移方向总与加速度方向相反 C.位移方向总与速度方向相反 D.速度方向与加速度方向可能相同，也可能相反 15.下列关于简谐运动能量变化的说法，正确的是 A.从平衡位置向最大位移处运动，动能减小 B.从最大位移处向平衡位置运动，势能减小 C.在平衡位置，动能最大，势能最小 D.在最大位移处，动能最大，势能最大 三、判断题（正确打"V",错误打"x) 16.回复力是按性质命名的力。 17.简谐运动中，回复力方向总与位移方向相反。 18.做简谐运动的物体，经过平衡位置时回复力为零。 19.简谐运动的振幅越大，振动能量越大。 20.做简谐运动的物体，在最大位移处动能最大。 四、填空题 21.简谐运动的回复力公式为F=, 其中k叫做 单位是 22.做简谐运动的物体，加速度与位移的关系式为a= ，负号表示加速度方向总指向 23.简谐运动中，物体的动能和势能相互转化，但 保持不变。 24.对同一振动系统，振幅越大，振动能量越 ，能量与振幅的 成正比。 25.弹簧振子在平衡位置时，位移为 回复力为 动能最 五、图像识图题 26.某简谐运动的回复力F与位移x的关系图像为一条过原点的直线，直线经过第二、四象限。请回答： (1)该图像说明回复力与位移成 关系。 (2）图线斜率的绝对值表示 0 (3)图线在第四象限时，位移方向为】 回复力方向为 六、简答题 27.请简述简谐运动中，物体从最大位移处向平衡位置运动的过程中，位移、回复力、加速度、速度、动能、势能各 如何变化？ 七、基础实验填空题 28.在“探究弹簧振子回复力与位移关系”的实验中： (1)需要测量的物理量有：弹簧的 和振子的 (2)若以位移x为横轴，回复力F为纵轴，作出的图像应为 (3)若图像斜率为-k,则k的物理意义是 八、计算题 29.一弹簧振子的劲度系数k=200N/m,振幅A=0.05m。求： (1)振子在最大位移处所受回复力的大小。 (2)当振子位移为0.02m时，回复力的大小和方向。 (3)当振子位移为0.02m时，加速度的大小（已知振子质量m=0.5kg)。 30.一水平弹簧振子做简谐运动，已知弹簧的劲度系数k=100N/m,振子质量m=0.2kg,振幅A=0.1m。求： (1)振子在平衡位置时的动能和势能分别是多少？（设平衡位置势能为零） (2)振子在最大位移处的势能是多少？ (3)振子运动过程中总机械能是多少？ 模块3 参考答案 一、单选题 1.C解析：回复力是按效果命名的力，A、B错误；回复力方向总指向平衡位置，C正确；回复力方向与位移方向相反，D 错误。 2.D解析：同一位置，位移相同，回复力相同，加速度相同；但速度方向可能相反，速度是矢量，可能不同。 3.C解析：平衡位置位移为零，回复力为零，势能最小，动能最大。 4.C解析：简谐运动能量与振幅的平方成正比。 5.B解析：最大位移处速度为零，加速度最大。 6.B解析：F=-kx,F-X图像为过原点斜率为负的直线。 7.B解析：远离平衡位置，动能减小，势能增大。 8.B解析：F=kx=k·(A/2）=kA/2。 9.C解析：平衡位置动能最大，势能最小。 10.B解析：加速度方向指向平衡位置，速度方向也指向平衡位置时，物体正在靠近平衡位置。 二、多选题 11.ABC解析：回复力是效果力，方向指向平衡位置，大小与位移成正比；方向与位移相反，D错误。 12.BC解析：最大位移处速度为零，动能为零；位移最大，回复力最大。 13.ABC解析：简谐运动机械能守恒，动能势能相互转化，振幅越大总能量越大；总能量与振幅平方成正比，D错误。 14.ABD解析：位移减小，加速度减小，速度增大，A正确；位移方向总与加速度方向相反，B正确；位移方向与速度方 向可能相同也可能相反，C错误；速度与加速度方向可能相同也可能相反，D正确。 15.ABC解析：从平衡位置向最大位移运动，动能减小，A正确；从最大位移向平衡位置运动，势能减小，B正确；平衡 位置动能最大势能最小，C正确；最大位移处动能最小势能最大，D错误。 三、判断题 16.×解析：回复力是按效果命名的力。 17.√解析：回复力方向总与位移方向相反。 18.√解析：平衡位置位移为零，回复力为零。 19.√解析：振幅越大，振动能量越大。 20.×解析：最大位移处速度为零，动能为零。 四、填空题 21.-;劲度系数；N/m 22.-(k/m)x;平衡位置 23.总机械能 24.大；平方 25.零；零；大 五、图像识图题 26. (1)正比 (2)劲度系数k (3)正方向；负方向（或：0，F<0) 六、简答题 27. 从最大位移处向平衡位置运动过程中： 位移：逐渐减小 回复力：逐渐减小 加速度：逐渐减小 速度：逐渐增大 动能：逐渐增大 势能：逐渐减小 七、基础实验填空题 28. (1)劲度系数；质量（或：形变量；回复力） (2)过原点的直线（斜率为负） (3)弹簧的劲度系数 八、计算题 29. (1)最大位移处x=A=0.05m F=kA=200×0.05=10N (2)x=0.02m F=kx=200×0.02=4N 方向指向平衡位置（与位移方向相反） (3)a=F/m=4/0.5=8m/s2 30. (1)平衡位置：位移为零，势能Ep=0 总能量E=2kA2=2×100×(0.1)2=0.5J 平衡位置动能Ek=E=0.5J (2)最大位移处：速度为零，动能Ek=0 势能Ep=E=hkA2=0.5J (3)总机械能E=2kA2=h×100×0.01=0.5J