湖北省荆州市沙市第五中学高中物理 11.3简谐运动的回复力和能量学案 新人教版选修34.doc

11.3 简谐运动的回复力和能量 学案1回复力是指总是要把物体_平衡位置，方向总是指向_的力简谐运动的回复力与位移的关系是_，式中负号表示_2简谐运动的第二种定义：如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成_，并且总是指向_，质点的运动就是简谐运动3简谐运动的能量简谐运动中的能量跟_有关，_越大，振动的能量越大将物体释放后，若只有重力或弹簧的弹力做功，则振动物体在振动过程中，系统的_和_相互转化，总机械能不变4关于做简谐运动物体的平衡位置，下列说法正确的是()a是加速度改变方向的位置b回复力为零的位置c速度最大的位置d加速度最大的位置5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改变的力d一定是变力6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在最大位移时它的弹性势能最大c从平衡位置到最大位移处它的动能减小d从最大位移处到平衡位置处它的机械能减小概念规律练知识点一简谐运动的回复力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振子的位移逐渐增大c振子的速度逐渐减小d振子的加速度逐渐减小图12如图1所示，对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、摩擦力知识点二简谐运动的能量图23如图2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，若振子运动到b处时将一质量为m的物体轻轻地放到m的上面，且m和m无相对滑动地一起运动，下述正确的是()a振幅不变b振幅减小c最大动能不变d最大动能减少4在光滑斜面上的物块a被平行于斜面图3的轻质弹簧拉住静止于o点，如图3所示，现将a沿斜面拉到b点无初速度释放，物块在bc范围内做简谐运动，则下列说法正确的是()aob越长，振动能量越大b在振动过程中，物块a的机械能守恒ca在c点时，由物块与弹簧构成的系统势能最大，在o点时最小da在c点时，由物块与弹簧构成的系统势能最大，在b点时最小方法技巧练一、简谐运动的判断方法图45如图4所示，在劲度系数为k，原长为l0的一端固定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证明：小物块的振动是简谐运动6.一木块质量为m，放在水面上静止，今用力将其压入水中一定深度后撤掉该力，木块在水面上振动，试判断木块的振动是否为简谐运动二、简谐运动中的力学问题的分析方法7如图5所示，质量图5为m的物体a放在质量为m的物体b上，b与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐运动，振动过程中a、b之间无相对运动设弹簧的劲度系数为k，则物体a做简谐运动的回复力的比例系数k为()ak b.kc.k d.k8一平台在竖直方向上做简谐运动，一物体置于其上一起振动，则有()a当平台振动到最低点时，物体对平台的正压力最大b当平台振动到最高点时，物体对平台的正压力最小c当平台向上振动经过平衡位置时，物体对平台的正压力最大d当平台向下振动经过平衡位置时，物体对平台的正压力最小参考答案课前预习练1拉回到平衡位置fkx回复力f总与位移x方向相反2正比平衡位置3振幅振幅动能势能4abc5.d6bc简谐运动过程中机械能守恒，因此选项a、d错误；在最大位移处，弹簧形变量最大，因此弹性势能最大，选项b正确；从平衡位置到最大位移处，xvek，选项c正确课堂探究练1d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af/m得加速度也减小物体向着平衡位置运动时，回复力与速度方向一致，故物体的速度逐渐增大，正确答案选d.点评分析回复力变化时，应始终抓住fkx这一关系若判断速度的变化，应找出加速度与速度方向的关系2a本题主要考查回复力的来源及性质一定要明确，回复力不是做简谐运动物体受到的具体的力，它是由物体受到的具体的力所提供在此题中弹簧的弹力充当回复力，因此只有选项a正确点评回复力是按效果命名的，它是由物体受到的具体的力所提供，故解决这类问题时一定要进行全面的受力分析3ac当振子运动到b处时，m的动能为零，放上m，系统的总能量为弹簧所储存的弹性势能ep，由于简谐运动过程中系统的机械能守恒，即振幅不变，故a正确当m和m运动至平衡位置o时，m和m的动能和即为系统的总能量，此时动能最大，故最大动能不变，c正确点评在分析简谐运动的能量问题时，要弄清运动质点的受力情况和所受力的做功情况，弄清是什么能之间的转化及转化关系等在分析问题时，注意找准振子到达b处时m动能为零这一关键点4ac由弹簧、物块a所构成的系统在简谐运动中机械能守恒，且动能、重力势能、弹性势能不断相互转化在平衡位置o处动能最大，在最大位移处势能最大做简谐运动的物体的能量跟振幅有关，振幅越大，机械能就越大，所以a正确；在简谐运动中，系统机械能守恒，但物块a的重力势能与动能总和不断变化，a的机械能不守恒，b是错误的；在简谐运动中，系统在最大位移处势能最大，在平衡位置动能最大，势能最小，所以选项c是正确的，而d是错误的点评简谐运动的能量一般指振动系统的机械能，振动的过程就是动能和势能相互转化的过程5见解析解析如图所示，物块在平衡位置o时，弹簧形变量为x0，且mgkx0，物块向下运动x时，物块所受重力与弹簧弹力的合力提供物体所需的回复力设向下为正方向，fmgk(xx0)kx可见物块所受回复力的大小与位移的大小成正比，方向与位移方向相反，指向平衡位置，因此小物块的振动是简谐运动方法总结(1)fkx中的k是个比例系数，是由振动系统本身决定的，不仅仅是指弹簧的劲度系数简谐运动的回复力可以是一个力，也可以是某个力的分力或几个力的合力，此题中的回复力为弹力和重力的合力(2)振动的平衡位置应在合力为零的位置，而不是弹簧的原长位置6见解析解析如图所示，设木块横截面积为s，木块在水面上静止时，深入水中的长度为l0，平衡位置为o.木块静止在水面上，由受力平衡得mggsl0选向下为正方向当将木块向下压入x且放手时，物块所受的合外力fmggs(l0x)即fgsx，令kgs则fkx可见木块所受回复力由重力和浮力的合力提供，其大小与偏离平衡位置的位移成正比，方向指向平衡位置，所以木块的运动是简谐运动方法总结判断一个振动是否是简谐运动，其依据是fkx，也就是说看回复力f是否与位移x成正比且方向相反具体步骤如下：(1)找出振动的平衡位置；(2)让质点沿振动方向偏离平衡位置的位移为x；(3)对物体进行受力分析；(4)规定正方向(一般规定位移的方向为正)，求出指向平衡位置的合力(回复力)，判断是否符合fkx.7ca、b一起做简谐运动，对a、b组成的系统而言，回复力是弹簧的弹力，而对于a而言，回复力则是b对a的静摩擦力当物体离开平衡位置的位移为x时，利用整体法和牛顿第二定律求出整体的加速度，再利用隔离法求a受到的静摩擦力(即a需要的回复力)对a、b组成的系统，由牛顿第二定律得f(mm)a.又fkx，则a.对a由牛顿第二定律得ffmakx.由以上分析可知：做简谐运动的物体a所受的静摩擦力提供回复力，其比例系数为kk.方法总结对简谐运动中的力学问题，也应象普通力学问题一样进行严格的受力分析，而不能简单的认为回复力是弹簧的弹力或其他某一力8ab平台在竖直方向做简谐运动，放在平台上的物体也在竖直方向上随平台一起做简谐运动，物体做简谐运动的回复力由它所受的重力mg和平台对它的支持力fn的合力提供，物体在最高点时，回复力和加速度均向下且最大，由牛顿第二定律得mgfnmamax.所以，在最高点时，平台对物体的支持力最小，由牛顿第三定律知，物体对平台的压力也最小在最低点时，回复力和加速度均向上且最大，由牛顿第二