高中物理 第一章 机械振动 第二节 简谐运动的力和能量特征学案（含解析）粤教版选修3-4.doc

第二节简谐运动的力和能量特征学习目标重点难点1能说出回复力的方向特征及其作用效果2能记住简谐运动回复力的特点，会判断一个振动是否为简谐运动3会分析简谐运动中的能量转化，能说出振幅越大，振动系统的机械能越大的原因重点：1简谐运动满足fkx关系2简谐运动中机械能守恒难点：判断一个振动是否为简谐运动一、简谐运动的力的特征1回复力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向相反，总是指向平衡位置，它的作用是使振子能回到平衡位置2做简谐运动的弹簧振子所受回复力的数学表达式为fkx，其中“”表示f方向与x方向总是相反，回复力是周期性变化的力预习交流凡是振动的物体都要受回复力作用吗？它们所受的回复力都满足f=kx这一关系吗？答案：所有振动的物体都要受回复力作用，它们是在回复力和惯性的双重作用下运动，但并不是所有振动中物体所受的回复力都满足f=kx的关系，只有做简谐运动的物体所受的回复力才满足这一关系二、简谐运动的能量的特征1简谐运动过程是一个动能和势能不断转化的过程，在任意时刻振动物体的总机械能不变2在平衡位置，动能最大，势能最小；在位移最大处，势能最大，动能最小3振动系统的机械能跟振幅有关，振幅越大，机械能越大一、简谐运动的力的特征1回复力是把振子拉回到平衡位置的力，是按作用效果命名的力，思考讨论它是否一定等于弹簧的弹力？答案：不一定回复力可能只由弹簧弹力提供，也可能是由弹力、重力，甚至是弹力、摩擦力等力的合力提供，还有可能是由某个力的分力提供2以理想水平弹簧振子为例，说明振子从平衡位置到最大位移过程中，回复力如何变化？合外力与回复力有什么关系？答案：由回复力fkx知：从平衡位置到最大位移过程中回复力逐渐增大，合外力与回复力相同关于简谐运动的回复力，下列说法正确的是（）a可以是恒力b可以是方向不变而大小变化的力c可以是大小不变而方向变化的力d一定是变力答案：d解析：根据做简谐运动物体的回复力的特征，回复力与位移成正比，与位移的方向相反，所以，位移的大小和方向都做周期性变化简谐运动的回复力总是和位移大小成正比，和位移方向相反，这是物体做简谐运动的条件，也是判断或证明物体是否做简谐运动的依据二、简谐运动的能量特征1简谐运动是理想化模型，分析讨论后从能量的角度说明它的理想化特点答案：简谐运动中，动能和势能相互转化，但在转化过程中机械能守恒，因为只有重力或系统内的弹力做功正是由于机械能守恒，并且振动的能量只跟振幅有关，所以一个确定的简谐运动是等幅振动2在弹簧振子做简谐运动的一个周期内，分析动能和势能之间相互转化的情况答案：在一个周期内，动能和势能之间完成两次周期性的转化关于水平的弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法不正确的有（）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答案：d解析：简谐运动过程中机械能守恒，选项c正确，选项d错误；平衡位置的弹性势能为零，所以总能量就是平衡位置的动能，选项a正确；在最大位移处，动能全部转化成弹性势能，选项b正确1简谐运动中振动系统的动能和势能相互转化，机械能的总量不变，即机械能守恒2简谐运动中在最大位移处，x、f、a、ep最大，v0，ek0；在平衡位置处，x0，f0，a0，ep最小，v、ek最大3简谐运动的能量与振幅相对应，一般来说，振幅越大，振动能量越大，振幅越小，振动能量越小，振幅是简谐运动能量大小最直观的反映1如图所示，对水平面上做简谐运动的弹簧振子m的受力分析正确的是（）a重力、支持力、弹簧的弹力b重力、支持力、弹簧的弹力、回复力c重力、支持力、回复力、摩擦力d重力、支持力、摩擦力答案：a解析：弹簧振子是一个理想化的物理模型、忽略摩擦力，运动中只受重力、支持力、弹簧的弹力三个力作用，这三个力的合力提供回复力，回复力是效果力，故a正确2在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，下列各组描述振动的物理量总是相同的是（）a速度、加速度、动能b动能、回复力、位移c加速度、速度、势能d速度、动能、回复力答案：b解析：通过对简谐运动过程的分析可知，在同一位置，位移、加速度、回复力、动能、势能一定相同，由于通过同一位置具有往复性，所以速度可能相同，也可能相反，故选项b正确3做简谐运动的物体，其加速度a随位移x变化的规律是下图中的（）答案：b解析：简谐运动的回复力总是满足fkx，由牛顿第二定律知ax，即加速度大小与位移成正比，“”表示加速度方向总是与位移方向相反，故b正确4弹簧振子在做简谐运动的过程中，下列说法中正确的是（）a在平衡位置时它的机械能最大b在最大位移处它的弹性势能最大c从平衡位置到最大位移处动能减小d从最大位移处到平衡位置动能减小答案：bc解析：平衡位置处速度最大、动能最大，势能最小；由平衡位置到最大位移处，动能减小，势能增大，全过程机械能守恒，由以上分析知b、c正确5如图所示，光滑的水平面上放有一弹簧振子，轻弹簧右端固定在滑块上，已知滑块质量m0.5 kg，弹簧劲度系数k240 n/m，将滑块从平衡位置o向左平移，将弹簧压缩5 cm，静止释放后滑块在a、b间滑动，则（1）滑块加速度最大处是在a、b、o三点中哪点（或哪些点）？此时滑块加速度是多大？（2）滑块速度最大处是在a、b、o三点中哪点（或哪些点）？此时滑块速度是多大？（假设整个系统具有的最大弹性势能为0.3 j）答案：（1