第2章 3. 简谐运动的回复力和能量-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（人教版）

人教版·选择性必修第一册·第二章机械振动 简谐运动的回复力和能量 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 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，也可以是几个力的合力或某个力的分力。 简谐运动的动力学定义 如果质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位 置，质点的运动就是简谐运动。 回复力公式 F=;其中k为比例系数（对弹簧振子即劲度系数），×为位移（相对平衡位 3 置)，负号表示回复力方向与位移方向相反。 加速度与位移关系 由牛顿第二定律得a=-(km)x;加速度大小与位移大小成正比，方向与位 移方向相反，始终指向平衡位置。 平衡位置特点 平衡位置处X=0,回复力F=0,加速度a=0,但速度不一定为零（达到最大 值)。 最大位移处特点 最大位移处X=A,回复力最大F=-kA,加速度最大；速度为零。 能量转化 简谐运动中，动能和势能相互转化；远离平衡位置时动能减小、势能增大；靠 近平衡位置时动能增大、势能减小。 机械能守恒 在理想简谐运动中（无阻力、无摩擦），动能与势能之和保持不变，即机械能 8 守恒。 能量与振幅关系 对同一振动系统，振幅越大，系统总机械能越大；总能量E=hkA2(弹簧振 9 子)。 单位规范 回复力F单位：牛顿(N);位移x单位：米()；劲度系数k单位：牛每米 10 (N/m);能量E单位：焦耳(J)。 模块2 课堂同步提升习题 一、单选题（每题3分，共30分） 1.关于简谐运动的回复力，下列说法正确的是 A.回复力一定是物体所受的合外力 B.回复力是按性质命名的力 C,回复力是按效果命名的力 D.回复力的方向总是与速度方向相反 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.弹簧振子在光滑水平面上做简谐运动，当振子向平衡位置运动时 A位移增大，回复力增大B.位移减小，回复力减小C.位移增大，速度减小D.位移减小，速度减小 4.关于简谐运动的能量，下列说法正确的是 A.振子在平衡位置时动能最大，势能最大 B.振子在最大位移处时动能最大，势能最小 C.振子在平衡位置时动能最大，势能最小 D.振动过程中机械能不断增大 5.一个弹簧振子的回复力F与位移×的关系图像是 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 6,做简谐运动的物体，在最大位移处，下列物理量中最大的是 A.速度B.动能C.回复力D.机械能 7.弹簧振子做简谐运动时，下列说法正确的是 A.加速度方向总与速度方向相同 B.加速度方向总与位移方向相同 C.加速度方向总指向平衡位置 D.加速度方向总背离平衡位置 8.某弹簧振子的劲度系数为200N/m,振幅为5cm,则振子经过平衡位置时回复力大小为. A.10N B.ON C.5N D.200N 9.关于简谐运动中能量的转化，以下说法正确的是 A.振子从平衡位置向最大位移处运动时，动能增大 B.振子从最大位移处向平衡位置运动时，势能增大 C.振子从平衡位置向最大位移处运动时，动能转化为势能 D.振子从最大位移处向平衡位置运动时，动能转化为势能 10.对同一个弹簧振子，若将其振幅变为原来的2倍，则振动系统的总机械能变为原来的 A.1/2 B.2倍 C.4倍 D.不变 二、多选题（每题4分，共16分，选对但不全得2分，选错得0分） 11.关于简谐运动的回复力，下列说法正确的是 A.回复力是使振子回到平衡位置的力 B.回复力可以是恒力 C.回复力的大小与位移大小成正比 D.回复力的方向始终指向平衡位置 12.做简谐运动的弹簧振子，在振动过程中，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.动能最大时，势能最小 13.关于简谐运动的能量，下列说法正确的是 A.简谐运动中机械能守恒 B.振幅越大，振动能量越大 C.平衡位置处动能最大，势能为零（以平衡位置为零势能面） D.最大位移处动能为零，势能最大 14.下列说法正确的是 A.简谐运动的回复力公式F=-kx中，k是劲度系数 B.简谐运动的加速度a=-(k/m)x中，负号表示a与x方向相反 C,简谐运动中，速度最大时回复力为零 D.简谐运动中，回复力最大时速度为零 三、判断题（每题2分，共10分，正确写“”，错误写“×”） 15.简谐运动的回复力一定是物体所受的合外力。 16.做简谐运动的物体，经过平衡位置时，回复力为零，加速度为零，速度最大。 17.简谐运动中，动能和势能相互转化，总机械能保持不变。 18.弹簧振子的振幅越大，振动周期越大。 19.简谐运动中，回复力方向总与位移方向相反，总指向平衡位置。 四、填空题（每题4分，共16分） 20.使振动物体回到平衡位置的力叫做 ,其公式为F= 21.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与位移方向 22.简谐运动中，振子从平衡位置向最大位移处运动时，动能 一，势能 (填“增大”或“减小”)。 23.弹簧振子的总机械能公式为E=」 一，由此可知振幅越大，总能量越 五、简答题（每题6分，共12分） 24.请从力和运动的关系角度，说明简谐运动中回复力的特点，并解释为什么简谐运动是变加速运动。 25.试分析弹簧振子在一次全振动过程中，动能和势能是如何相互转化的，并说明机械能守恒的条件。 六、计算题（每题8分，共16分） 26.一水平弹簧振子的质量m=0.2kg,劲度系数k=80N/m,振幅A=0.1m。求： (1)振子经过平衡位置时回复力大小； (2)振子位移为0.05m时回复力的大小和方向； (3)振子位移为0.05m时加速度的大小和方向。 27.某弹簧振子的劲度系数k=400N/m,振幅A=0.02m。求： (1)该振动系统的总机械能； (2)振子经过平衡位置时的动能； (3)振子位移为0.01m时的动能。 模块3 参考答案 一、单选题 1.C 2.D 3.B 4.C 5.B 6.C 7.C 8.B 9.C 10.C 二、多选题 11.ACD 12.ABD 13.ABCD 14.BCD 三、判断题 15.× 16. 17. 18.× 19.√厂 四、填空题 20.回复力；-x 21.-(k/m）x;相反 22.减小；增大 23.2kA2;大 五、简答题 24.答：简谐运动中回复力F=-kx,其大小与位移大小成正比，方向始终指向平衡位置（与位移方向相反）。由于回复力大 小随位移变化而变化，由牛顿第二定律可知加速度a=·(k/)x也随位移变化，即加速度大小和方向都在不断变化，因 此简谐运动是变加速运动。 25.答：弹簧振子从平衡位置向最大位移处运动时，速度减小，动能减小，弹簧形变量增大，势能增大，动能转化为势 能；从最大位移处向平衡位置运动时，速度增大，动能增大，弹簧形变量减小，势能减小，势能转化为动能。机械能守恒 的条件是：只有弹簧弹力做功，没有其他力做功（或只有重力和弹力做功），即系统不受阻力、摩擦等耗散力作用。 六、计算题 26. 解：(1)平衡位置处x=0,由F=-kx得：F=-80×0=0N,即回复力大小为0N。 (2)x=0.05m时：F=-kx=-80×0.05=-4N,即回复力大小为4N,方向指向平衡位置（与位移方向相反）。 (3)由牛顿第二定律F=ma得：a=F/m=-4/0.2=-20m/s2,即加速度大小为20m/s2,方向指向平衡位置（与位移方 向相反)。 27. 解：(1)总机械能：E=2kA2=h×400×(0.02)2=h×400×0.0004=0.08J。 (2)平衡位置处势能为零，动能等于总机械能：Ek=E=0.08J。 (3)×=0.01m时，势能：Ep=2kx2=h×400×(0.01)2=h×400×0.0001=0.02J;由机械能守恒Ek+Ep=E 得：Ek=E-Ep=0.08-0.02=0.06J。