人教课标版高中物理选修3-4第十一章机械振动第三节简谐运动的回复力和能量PPT课件.ppt

简谐运动的回复力和能量,授课教师：石劲蕾,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,复习回顾,1、描述简谐运动的物理量,振幅：描述振动强弱；,周期和频率：描述振动快慢;,相位：描述振动步调.,2、简谐运动的表达式：,3、振动物体的位移：,是相对平衡位置的位移，它总是以平衡位置为始点，方向由平衡位置指向物体所在位置，位移的大小等于这两个位置之间的距离。,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,思考,弹簧振子为什么会做往复运动?,1、振子受到力的作用。,2、惯性,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,思考与讨论,物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？,以弹簧振子为例：,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,物体做简谐运动时，所受的合力的特点：,总结,总是指向平衡位置,物体做简谐振动时总要回到中心位置，则其一定受到指向中心位置的力，我们将这个力称为简谐运动的回复力。,弹簧振子振动时，不同的位置位移不同，回复力也不同，那么回复力与位移有没有联系呢？,方向关系：由振动过程的分析可知，振子的位移总是相对于平衡位置而言的，即初位置是平衡位置，位移可以用振子的位置坐标x来表示，方向始终从平衡位置指向振子（外侧）。回复力的方向始终指向平衡位置，因而回复力的方向与振子的位移方向始终相反。,大小关系：对水平方向的弹簧振子来说，回复力就是弹簧的弹力。在弹簧发生弹性形变时，弹簧振子的回复力F跟振子偏离平衡位置的位移x成正比，方向跟位移的方向总是相反。,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,简谐运动的动力学特征,弹簧振子所受的合力F与振子位移x的大小成正比，且合力F的方向总是与位移x的方向相反。按力的作用效果把这个力命名为回复力。,式中k为弹簧的劲度系数，x 为振子离开平衡位置的位移，简称位移，方向总是背离平衡位置。,“” 表示回复力方向始终与位移方向相反。,大量理论研究表明：如果质点受到与它偏离平衡位置的位移大小成正比，且总指向平衡位置的力作用下的振动，质点的运动就是简谐运动,注意：对一般的简谐运动，由于回复力不一定是弹簧的弹力，所以k不一定是劲度系数，也可以是回复力与位移的比例系数。,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,平衡位置的补充说明,回复力来源：振动方向上的合外力。,所谓平衡位置，从力学的观点来看是回复力为零的位置，但不一定是合外力为零的位置。回复力为零不等于合外力为零！,在后面的学习当中，我们可以接触到这样的例子。,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,两种判断物体是否做简谐运动的条件：,运动学特征：如果一个物体运动的x-t图像为正弦曲线，那么这个物体肯定是在做简谐运动。,动力学特征：如果物体在振动方向上受到的合外力F与偏离平衡位置的位移x 满足 Fkx的形式，那么这个物体肯定是在做简谐运动。,试一试：下面用第二种方法来判断竖直的弹簧拉一个小球的振动是不是简谐运动？,提示：先找平衡位置。因为x为振子到平衡位置的位移。,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,判断竖直的弹簧拉一个小球的振动是不是简谐运动？,例题,规定向下为正方向,平衡位置:,振子在C点受到的弹力为:,振子受的回复力(振动方向上的合力),此时弹簧振子的回复力还是不是弹簧的弹力？,回复力不一定是弹力可能是几个力的合力。,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,关于回复力的总结,1.定义:,使振子回到平衡位置的力。,2.特点:,按力的作用效果命名，方向始终指向平衡位置。,3、回复力来源：,振动方向上的合外力,4.公式:,“” 表示回复力方向始终与位移方向相反。,k -一般情况下为力与位移的比例系数（弹簧振子中为弹簧的劲度系数）是常量。 x -振子离开平衡位置的位移,简称位移, 方向总是背离平衡位置.,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,简谐运动中加速度、速度变化规律,（1）当物体从最大位移处向平衡位置运动时，由于v与a的方向一致，物体做加速度越来越小的加速运动。,（2）当物体从平衡位置向最大位移处运动时，由于v与a的方向相反，物体做加速度越来越大的减速运动。,简谐运动是变加速运动,物体在平衡位置时，速度最大，但（回复力）回复加速为零。,物体在两个“端点”时，回复加速度a最大，方向指向平衡位置。,以弹簧振子为例：,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,简谐运动中动量、动能、势能的变化规律,动量的变化与速度的变化规律是一样的,以弹簧振子为例结合右图完成下表：,最大,最大,0,最大,不变,0,不变,不变,不变,不变,最大,最大,最大,0,0,0,0,0,最大,最大,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,简谐运动的能量,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。,试画出物体在做简谐运动时的Ek-t和Ep-t及E-t图象,机械能,势能,动能,A,B,O,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,简谐运动的特点,1、回复力与位移成正比而方向相反，总是指向平衡位置。,2、简谐运动是一种理想化的运动，振动过程中无阻力，所以振动系统机械能守恒。,实际的振动总是要受到摩擦和阻力，因此在振动过程中要不断克服外界阻力做功而消耗能量，振幅会逐渐减小，最终停下来。,3、简谐运动是一种非匀变速运动。,特点：具有往复性，对称性、周期性。,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,简谐振动中的对称关系,（1）关于平衡位置的对称点,a、F、x大小相同，方向相反；动能势能相同,v大小相同，方向不一定相同,（2）先后通过同一位置,a、F、x，动能势能相同,v大小相同，方向相反,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,简谐振动中的对称关系,振子连续两次通过P位置，下列各量哪些是相同的？,位移（ ） 回复力（ ） 加速度（ ） 动能（ ）,势能（ ） 速率（ ） 速度（ ） 动量（ ）,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,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,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,选修 34 11.3 简谐运动的回复力和能量,选修 34 11.3 简谐