第2章 第3节 简谐运动的回复力和能量（PPT课件）-【满分思维·一本通】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册（人教版）

第二章 机械振动 　　知识点一　简谐运动的回复力 1. 回复力 （1）定义：使振动物体回到平衡位置的力。 （2）方向：总是指向平衡位置。 （3）表达式：F＝－kx。 2. 简谐运动 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，质点的运动就是简谐运动。 3　简谐运动的回复力和能量 知识点二　简谐运动的能量 1. 能量转化 弹簧振子运动的过程就是动能和势能互相转化的过程。 　　（1）在最大位移处，势能最大，动能为零。 （2）在平衡位置处，动能最大，势能为零。 （3）同一简谐运动中的能量只由振幅决定，即振幅不变时系统能量不变。 2. 能量特点 在简谐运动中，振动系统的机械能守恒，而在实际运动中都有一定的能量 损耗，因此简谐运动是一种理想化的模型。 1. 在振动的一个周期内，动能和势能完成两次周期性变化。 2. 振子运动经过平衡位置两侧的对称点时，具有相等的动能和相等的 势能。 ｜特别提醒｜　 　　培优点1　理解简谐运动的回复力 [典例1]　一物体做简谐运动，关于物体的回复力和加速度，判断下列说法 的正误。 （1）回复力是指物体离开平衡位置时受到的指向平衡位置的力（　正　） [解析]　回复力是指物体离开平衡位置时受到的指向平衡位置的力，（1） 正确。 正确 （2）回复力是按力的作用效果命名的，它可能由弹力提供，也可能由摩擦 力提供。回复力可能是某几个力的合力，也可能是某一个力的分力（　正 ） [解析]　回复力是按力的作用效果命名的，它可能是某几个力的合力，也可能是某一个力的分力，它可以由某种性质力提供，（2）正确。 正确 （3）做简谐运动的物体在平衡位置时，其所受合力一定为零（　错误　） [解析]　做简谐运动的物体在平衡位置时，其所受回复力为零，做简谐运动的物体所受回复力可能由物体受到的某个力或某个力的分力提供，也可能由物体受到的几个力的合力提供，则做简谐运动的物体在平衡位置时，其所受合力不一定为零， （3）错误。 （4）做简谐运动的物体，其加速度一定与位移大小成正比（　正确　） [解析]　由a＝－x知，做简谐运动物体的加速度a与位移x的大小成正比，方向与位移方向相反， （4）正确。 错误 正确 （1）回复力是一种效果力，它可以由振动物体受到的某一个力来提供，也 可以由振动物体受到的几个力的合力或某个力的分力来提供，它不是振动物体 另外受到的一种力，所以对振动物体进行受力分析时，切忌添加回复力。 （2）由F＝－kx及牛顿第二定律F＝ma可知，a＝－x，加速度a与位移x的 大小成正比，方向与位移方向相反。 ｜解题通法｜ 简谐运动的回复力和加速度的性质 培优点2　理解简谐运动的能量问题 [典例2]　如图所示，一弹簧振子在A、B间做简谐运动，平衡位置为O，已 知振子的质量为M。 （1）简谐运动的能量取决于 ，振子振动时动能和 ⁠相 互转化，总机械能 ⁠。 [解析] 简谐运动的能量取决于振幅，振子振动时动能和弹性势能相互转 化，总机械能守恒。 振幅 弹性势能 守恒 （2）振子在振动过程中，下列说法正确的是 ⁠。 A. 振子在平衡位置，动能最大，势能最小 B. 振子在最大位移处，势能最大，动能最小 C. 振子在向平衡位置运动时，由于振子振幅减小，故总机械能减小 D. 在任意时刻，动能与势能之和保持不变 ABD [解析] 振子在平衡位置两侧往复运动，在最大位移处速度为零，动能为 零，此时弹簧的形变量最大，势能最大，所以选项B正确；在任意时刻只有弹簧 的弹力做功，所以系统的机械能守恒，选项D正确；振子在平衡位置处速度达到 最大，动能最大，势能最小，所以选项A正确；振幅的大小与振子的位置无关， 总机械能不变，所以选项C错误。 （3）若振子运动到B处时将一质量为m的物体放到振子的上面，且该物体 和振子无相对滑动而一起运动，下列说法正确的是 ⁠。 A. 振幅不变 B. 振幅减小 C. 最大动能不变 D. 最大动能减小 AC [解析] 振子运动到B点时速度恰为零，此时放上质量为m的物体，系统 的总能量即为此时弹簧储存的弹性势能，由于简谐运动中机械能守恒，振 幅保持不变，所以A正确，B错误；由于机械能守恒，最大动能不变，所以 C正确，D错误。 ｜解题通法｜ 简谐运动中的能量及其转化规律 同一简谐运动中的能量只由振幅决定，即振幅不变时系统能量不变，当位 移最大时系统的能量体现为势能最大，动能为零；当处于平衡位置时势能为 零，动能最大，这两点是解决此类问题的突破口。 培优点3　简谐运动中各物理量变化情况分析 [典例3]　如图甲所示，以O点为平衡位置，在A、B两点间做简谐运动的弹 簧振子，图乙为这个弹簧振子的振动图像，以向右为正方向，由图像可知下列 说法正确的是（　　） A. 在t＝0.2 s时，弹簧振子运动到O位置 B. 在t＝0.1 s与t＝0.3 s两个时刻，弹簧振子的速度相同 C. 从t＝0到t＝0.2 s的时间内，弹簧振子的动能持续地减小 D. 在t＝0.2 s与t＝0.6 s两个时刻，弹簧振子的加速度相同 √ [解析]　由题图知，t＝0时，弹簧振子位于平衡位置，则在t＝0.2 s时，弹 簧振子运动到B位置，故A错误；在t＝0.1 s与t＝0.3 s两个时刻，弹簧振子的速 度大小相等，方向相反，故B错误；从t＝0到t＝0.2 s的时间内，弹簧振子的位 移越来越大，弹簧的弹性势能越来越大，其动能越来越小，故C正确；在t＝0.2 s与t＝0.6 s两个时刻，弹簧振子的加速度大小相等，方向相反，故D错误。 ｜解题通法｜ 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。 $