2018-2019学年高中物理沪科版选修3-4（课件+检测+学业分层测评）：1.2 探究物体做简谐运动的原因 (2份打包)

1.2　探究物体做简谐运动的原因 学 习 目 标 知 识 脉 络 1.知道什么是回复力. 2.掌握简谐运动的条件及物体做简谐运动的判断方法.(重点) 3.掌握简谐运动过程中位移、回复力、加速度、速度、动能、势能等各量的变化规律.(重点、难点) 回复力使物体做简谐运动 1.回复力 (1)概念：始终要把物体拉回到平衡位置的力. (2)表达式：F＝－kx.即回复力的大小与物体的位移大小成正比，负号表明回复力与位移方向始终相反，k是一个常数，由振动系统决定. (3)方向特点：总是指向平衡位置. (4)作用效果：把物体拉回到平衡位置. (5)来源：回复力是根据力的效果(选填“性质”或“效果”)命名的，可能由合外力、某个力或某个力的分力提供. 2.简谐运动的动力学定义 当物体受到跟位移大小成正比，方向始终指向平衡位置的合力的作用时，物体的运动就是简谐运动. 1.回复力的方向总是与位移的方向相反.(√) 2.回复力的方向总是与速度的方向相反.(×) 3.回复力的方向总是与加速度的方向相反.(×) 1.公式F＝－kx中的k是否就是指弹簧的劲度系数？ 【提示】　不一定.做简谐运动的物体，其回复力特点为F＝－kx，这是判断物体是否做简谐运动的依据，但k不一定是弹簧的劲度系数. 2.弹簧振子从平衡位置到达最大位移处的过程中，回复力如何变化？从最大位移处向平衡位置运动的过程中呢？ 【提示】　由回复力F＝－kx可知：从平衡位置到达最大位移处的过程中，回复力逐渐增大，方向一直指向平衡位置.从最大位移处向平衡位置运动的过程中，回复力逐渐减小，方向一直指向平衡位置. 1.回复力的性质 回复力是根据力的效果命名的，它可以是一个力，也可以是多个力的合力，还可以由某个力的分力提供.如图1­2­1甲所示，水平方向的弹簧振子，弹力充当回复力；如图1­2­1乙所示，竖直方向的弹簧振子，弹力和重力的合力充当回复力；如图1­2­1丙所示，m随M一起振动，m的回复力是静摩擦力. 图1­2­1 2.简谐运动的回复力的特点 (1)由F＝－kx知，简谐运动的回复力大小与振子的位移大小成正比，回复力的方向与位移的方向相反，即回复力的方向总是指向平衡位置. (2)公式F＝－kx中的k指的是回复力与位移的比例系数，而不一定是弹簧的劲度系数，系数k由振动系统自身决定. (3)根据牛顿第二定律得，a＝x，表明弹簧振子做简谐运动时振子的加速度大小也与位移大小成正比，加速度方向与位移方向相反. ＝－ 1.弹簧振子在光滑水平面上做简谐运动，在振子向平衡位置运动的过程中(　　) A.振子所受的回复力逐渐增大 B.振子的位移逐渐减小 C.振子的速度逐渐减小 D.振子的加速度逐渐减小 E.弹簧的形变量逐渐减小 【解析】　该题考查的是回复力、加速度、速度随位移的变化关系，应根据牛顿第二定律进行分析.当振子向平衡位置运动时，位移逐渐减小，而回复力与位移成正比，故回复力也减小.由牛顿第二定律a＝得加速度也减小.振子向着平衡位置运动时，回复力与速度方向一致，即加速度与速度方向一致，故振子的速度逐渐增大.故正确答案为B、D、E. 【答案】　BDE 2.如图1­2­2所示，分析做简谐运动的弹簧振子m的受力情况. 图1­2­2 【解析】　弹簧振子的简谐运动中忽略了摩擦力，回复力为效果力，受力分析时不分析此力，故振子只受重力、支持力及弹簧给它的弹力. 【答案】　受重力、支持力及弹簧给它的弹力. 3.一质量为m的小球，通过一根轻质弹簧悬挂在天花板上，如图1­2­3所示. 图1­2­3 (1)小球在振动过程中的回复力实际上是________； (2)该小球的振动是否为简谐运动？ 【解析】　(1)此振动过程的回复力实际上是弹簧的弹力与重力的合力. (2)设振子的平衡位置为O，向下方向为正方向，此时弹簧已经有了一个伸长量h，设弹簧的劲度系数为k，由平衡条件得kh＝mg① 当振子向下偏离平衡位置的距离为x时，回复力即合外力为F回＝mg－k(x＋h)② 将①式代入②式得：F回＝－kx，可见小球所受合外力与它的位移的关系符合简谐运动的受力特点，该振动系统的振动是简谐运动. 【答案】　(1)弹力和重力的合力　(2)是简谐运动 判断是否为简谐运动的方法 1.以平衡位置为原点，沿运动方向建立直线坐标系. 2.在振动过程中任选一个位置(平衡位置除外)，对振动物体进行受力分析. 3.将力在振动方向上分解，求出振动方向上的合力. 4.判定振动方向上合外力(或加速度)与位移关系是否符合F＝－kx(或a＝－x)，若符合，则为简谐运动，否则不是简谐运动. 研 究 简 谐 运 动 的 能 量 1.振动系统的状态与能量的关系 (1)振子的速度与动能：速度不断变化，动能也不断变化. (2)弹簧形变量与势能：弹簧形变量在不断变化，因而