高中物理 第十一章 机械振动 第3节 简谐运动的回复力和能量课件 新人教版选修34.ppt

第十一章 第3节 新知预习 巧设计 名师课堂 一点通 创新演练 大冲关 随堂检测归纳小结 课下作业综合提升 要点一 要点二 要点三 1 理解简谐运动的运动规律 掌握在一次全振动过程中位移 回复力 加速度 速度变化的规律 2 掌握简谐运动回复力的特征 3 对水平的弹簧振子 能定量地说明弹性势能与动能的转化 1 简谐运动的回复力 1 回复力 平衡位置 平衡位置 平衡位置 效果 合力 分力 kx 2 简谐运动的动力学定义 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 2 简谐运动的能量 1 振动系统的状态与能量的关系 一般指振动系统的机械能 振动的过程就是动能和势能互相转化的过程 正比 平衡位置 在最大位移处 最大 为零 在平衡位置处 最大 最小 在简谐运动中 振动系统的机械能 选填 守恒 或 减小 因此简谐运动是一种理想化的模型 2 决定能量大小的因素 振动系统的机械能跟有关 越大 机械能就越大 振动越强 对于一个确定的简谐运动是 选填 等幅 或 减幅 振动 势能 动能 动能 势能 守恒 振幅 振幅 等幅 1 简谐运动的回复力 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 一定是变力解析 由f kx可知 由于位移的大小和方向在变化 因此回复力的大小和方向也在变化 一定是变力 答案 d 2 能正确表示简谐运动的回复力与位移关系的图象是图11 3 1中的 图11 3 1 解析 由回复力和位移的关系式f kx知c选项正确 答案 c 3 如图11 3 2所示的弹簧振子 o为平衡位置 b c最大位移位置 以向右的方向为正方向 则振子从b运动到o的过程中 位移方向为 大小逐渐 回复力方向为 大小逐渐 振子速度方向为 大小逐渐 动能逐渐 势能逐渐 选填 正 负 增大 或 减小 图11 3 2 答案 正减小负减小负增大增大减小 1 回复力是指将振动的物体拉回到平衡位置的力 是按照力的作用效果来命名的 可能是一个力的分力 也可能是几个力的合力 2 简谐运动的回复力 f kx 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 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 1 如图11 3 3所示 物体m系在两弹簧之间 弹簧的劲度系数分别为k1和k2 且k1 k k2 2k 两弹簧均处于自然状态 今向右拉动m 然后释放 物体在b c间振动 o为平衡位置 不计阻力 则下列判断正确的是 a m做简谐运动 oc obb m做简谐运动 oc obc 回复力f kxd 回复力f 3kx 图11 3 3 思路点拨 解答本题时应注意以下两点 1 物体做简谐运动的条件 2 回复力的大小确定方法 答案 ad 解析 设m在平衡位置o处两弹簧均处于原长状态 则m振动后任取一位置a 如图所示 设在a处m的位移为x 则在a处m所在水平方向的合力f k2x k1x k2 k1 x 考虑到f与x方向关系有 f k2 k1 x 3kx 选项d正确 c错误 可见m做的是简谐运动 由简谐运动的对称性可得oc ob 选项a正确 b错误 根据简谐运动的特征进行判断 由此可总结为 1 通过对位移的分析 列出位移 时间表达式 利用运动的位移 时间图象是否满足正弦规律来判断 2 对物体进行受力分析 求解物体所受力在振动方向上的合力 利用物体所受到的回复力是否满足f kx进行判断 3 根据运动学知识 分析求解振动物体的加速度 利用简谐运动的运动特征a x判断 振子以o点为平衡位置做简谐运动 如图11 3 4所示 图11 3 4 各物理量的变化规律为 名师点睛 1 简谐运动中在最大位移处 x f a ep最大 v 0 ek 0 在平衡位置处 x 0 f 0 a 0 ep最小 v ek最大 2 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 如图11 3 5所示 一水平弹簧振子在光滑水平面上的b c两点间做简谐运动 o为平衡位置 已知振子由完全相同的p q两部分组成 彼此拴接在一起 当振子运动到b点的瞬间 将p拿走 则以后q的运动和拿走p之前比较有 图11 3 5 a q的振幅增大 通过o点时的速率增大b q的振幅减小 通过o点时的速率减小c q的振幅不变 通过o点时的速率增大d q的振幅不变 通过o点时的速率减小 审题指导 解答本题时应注意以下两点 1 振子的振幅与能量间的关系 2 振动系统中动能与势能的转化关系 解析 当振子运动到b点的瞬间 振子的速度为零 此时p q的速度均为零 振子的动能全部转化为系统中的弹簧的弹性势能 将p拿走并不影响系统的能量 故能量并不改变 因此q的振幅不变 当振子通过o点时系统的弹性势能又全部转化为动能 拿走p之前 弹性势能转化为p q两个物体的动能 拿走p之后 弹性势能转化为q一个物体的动能 故拿走p之后q的动能比拿走p之前q的动能大 速率也要增大 所以选c 答案 c 1 振子的振幅为振子在振动过程的最远点到平衡位置的距离 2 振子做简谐运动时 振动系统的动能与势能相互转化 总量不变 1 对称性做简谐运动的物体 运动过程中各物理量关于平衡位置对称 物体通过关于平衡位置对称的两点 加速度大小相等 速度大小相等 动能相等 势能相等 对称性还表现在过程的相等上 如从某点到达最大位置和从最大位置再到该点所需