教案简谐振动的回复力和能量.ppt

1. 理解回复力的概念 2. 会用动力学方法分析简谐运动中位移 、速度、回复力和加速度的变化规律 3. 会用能量守恒定律分析水平弹簧振子 中动能、势能及总能量的变化规律 复习 我们学过哪些运动？其受力如何？ 直线和曲线 运动动受力特点 力大小变变化情况与速度的方向关系 匀速直线运动 匀变速直线运动 匀变速曲线运动 匀速圆周运动 非匀速圆周运动 F合的方向与速度方向不 垂直 F合的方向与速度在一 条直线上 F合的方向与速度方向有 一夹角 F合的方向与速度方向 始终垂直 思考 简谐振动的受力有何特点呢？ 用动力学及能量观点来分析简谐运动 对回复力的理解及振动形成原因的认识 重点 难点 教学重难点 观察 弹簧振子的运动 分析 弹簧振子为什么这样运动？ 想一想 振子到达平衡位置时，由于惯性 继续运动。 振子离开平衡位置，由于弹簧对 它有指向平衡位置的力而作加速或减 速运动。 振动形成原因： 1. 回复力：物体所受的力方向总是 指向平衡位置，使物体回到平衡位置的力 。 一、简谐运动的回复力 怎样理解回复力这个概念？ （1）回复力是产生振动的必要条件 。 （2）提供回复力的可以是某个力，也可以是某 个力的分力，还可以是几个力的合力。 2. 振动的位移（x） F= k x 回复力 劲度系数 位移 方向由平衡位置起背离平衡位置。回复 力的方向与振子的位移方向始终相反。 物体在跟偏离平衡位置的位 移大小成正比，并且总指向 平衡位置的回复力作用下振 动。 3. 简谐运动： F= kx 回复力 位移 比例系数 （“”表示回复力与位移的方向相反） 音叉的振动可以看成是简谐运动 在劲度系数为k，原长为L0的固定于一点 的弹簧下端挂一质量为m的小物块，释放后小 物块做上下振动，此时弹簧没有超出弹性限度 ，小木块的振动是简谐运动吗？ 如图所示，振子的平衡位 置为o，向下方向为正方向， 此时弹簧的形变为x0，根据胡 克定律及平衡条件有 mg-kx0=0 当振子向下偏离平衡位置 为x时，回复力（即合外力） 为： F=mg-k(x0+x) 两式联立可以得F=-kx， 物体振动时的回复力符合简谐 运动的条件。 即竖直方向的弹簧振子是 简谐运动。 x0 o 正 方 向 判断是否做简谐运动的依据 F= kx 归纳 简谐运动的运动规律 加速度 加速度随位移的变化而变化，所以简 谐运动是一种非匀变速运动。 速度： 简谐运动是变加速运动，在平衡位置处 速度最大，在最大位移处速度为零。速 度的变化也具有周期性。 二、简谐运动中各个物理量变化规律 物理量变化过程 BB到OOO到AAA到OOO到BB 位移 （x） 方向 大小 变化 回复力 （F） 加速度 （a） 方向 大小 变化 速度 （v） 方向 大小 变化 最大 最大 向右 向左 向右 变小 向左 变小 向左 变大 最大 向左 0 0 0 向左 变大最大 向左 向右 向右 变大 最大 向左 变小0 作简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时 ，一定相同的物理量是（ ） A. 速度 B. 位移 C. 回复力 D. 加速度 BCD 思考 X v F、a 动能 势能 AA-OOO-BB 向左最大向左减小 向右最大 向右最大 0 向右最大 向右增大 向右减小 0 0 向右增大 向右减小 向左增大 0 向左最大 0 增大最大减小 0 最大减小 0 增大最大 OAB 三、简谐运动的能量 简谐运动的能量与振幅有关，振幅越 大，振动的能量越大。 简谐运动中动能和势能在发生相互转 化，但机械能的总量保持不变，即机械 能守恒。 简谐运动是一种理想化模型 试画出物体在做简谐运动时的Ek-t和 Ep-t及E-t图象： t E 0 机械能 势能 动能 ABO 1.回复力：方向总是指向平衡位置，使物体回 到平衡位置的力。 2.振动的位移（x）：方向由平衡位置起背离 平衡位置。 课堂小结 3.简谐运动：物体在跟偏离平衡位置的位移大小 成正比，并且总指向平衡位置的回复力作用下振动 。 4.简谐运动中的各个物理量变化规律 V a x Ek Ep 都随物体的振动做周期性的变化 5.简谐运动中机械能守恒 1. 在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，下 列各组中描述振动的物理量总是相同的是 （ ） A速度、加速度、动能 B加速度、回复力和位移 C加速度、动能和位移 D位移、动能、回复力 BCDBCD 课堂练习 2. 做简谐运动的物体，当位移为负值时 ，以下说法正确的是 （ ） B B A速度一定为正值，加速度一定为正值 B速度不一定为正值，但加速度一定为正值 C速度一定为负值，加速度一定为正值 D速度不一定为负值，加速度一定为负值 3.当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时， 下列说法正确的（ ）C DC D A振子在振动过程中，速度相同时，弹簧的长度一 定相等 B振子从最低点向平衡位置运动过程中，弹簧弹力 始终做负功 C振子在振动过程中的回复力由弹簧的弹力和振子 的重力的合力提供 D振子在振动过程中，系统的机械能一定守恒 4. 关于弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说 法正确的有 （ ）ABC ABC A等于在平衡位置时振子的动能 B等于在最大位移时弹簧的弹性势能 C等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和 D位移越大振动能量也越大 5.如图是质点做简谐振动的图像，由此可知（ ） At=0时，质点的位移、速度均为零 Bt=1s时，质点的位移为正向最大，速度为零， 加速度为负向最大 Ct=2s时，质点的位移为零，速度为负向最大值 ，加速度为零 D质点的振幅为5cm，周期为2s B CB C 6.一个弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动， 其中有两个时刻弹簧振子的弹力大小相等，但方 向相反，则这两个时刻振子的（ ） A速度一定大小相等,方向相反 B加速度一定大小相等,方向相反 C位移一定大小相等,但方向不一定相反 D以上三项都不一定大小相等方向相反 B B 7. 弹簧振子在