人教版选修34 第11章 第3节简谐运动的回复力和能量 课件（28张）.ppt

第十一章 机械振动 第三节简谐运动的回复力和能量 学习目标 知识导图 课前预习 1 简谐运动的动力学定义如果 所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成 并且总是指向 质点的运动就是简谐运动 2 回复力 知识点1 简谐运动的回复力 质点 正比 平衡位置 平衡位置 平衡位置 kx 平衡位置 1 振动系统的状态与能量的关系 1 振子的速度与动能 速度不断 动能也在不断 2 弹簧形变量与势能 弹簧形变量在 因而势能也在 2 简谐振动的能量振动系统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互相转化的过程 1 在最大位移处 最大 为零 2 在平衡位置处 最大 最小 3 在简谐运动中 振动系统的机械能 选填 守恒 或 减小 而在实际运动中都有一定的能量损耗 因此简谐运动是一种理想化的模型 知识点2 简谐运动的能量 变化 变化 变化 变化 势能 动能 动能 势能 守恒 3 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 振幅 振幅 等幅 判一判 1 简谐运动的回复力可以是恒力 2 简谐运动平衡位置就是质点所受合力为零的位置 3 做简谐运动的质点 振幅越大其振动的能量就越大 4 回复力的方向总是跟位移的方向相反 5 弹簧振子在运动过程中机械能守恒 预习反馈 解析 振子在平衡位置两侧往复运动 速度相同的位置可能出现在关于平衡位置对称的两点 这时弹簧长度明显不等 a错 振子由最低点向平衡位置运动的过程中 弹簧对振子施加的力指向平衡位置 应做正功 b错 振子运动中的回复力由弹簧振子所受合力提供且运动中机械能守恒 故c d对 cd 课内探究 提示 1 振子所受的合力总是指向平衡位置 2 合力的效果总是把振子拉回到平衡位置 探究一对回复力和加速度的理解 1 回复力的来源 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 分析物体的受力时 不分析回复力 2 回复力可以由某一个力提供 如弹力 摩擦力等 也可能是几个力的合力 还可能是某一力的分力 归纳起来回复力一定等于物体在振动方向上所受的合力 解题指导 简谐运动中回复力不一定是物体受到的合外力 例如弹簧振子受到的回复力是合外力 单摆 后面学习 则不是 解析 由回复力及平衡位置的定义可知 振子处于平衡位置时回复力为零 选项a正确d错误 物体停在平衡位置时处于平衡状态 物体振动至平衡位置时不一定处于平衡状态 合力不一定为零 选项b c错误 a 解析 根据公式f kx 可判断回复力与位移的关系图线是一条直线 斜率为负值 故选项c正确 c 探究二对简谐运动能量的认识 振幅 动 弹性势 机械能 1 决定因素对于一个确定的振动系统 简谐运动的能量由振幅决定 振幅越大 系统的能量越大 2 能量获得开始振动系统的能量是通过外力做功由其他形式的能转化来的 3 能量转化当振动系统自由振动后 如果不考虑阻力作用 系统只发生动能和势能的相互转化 机械能守恒 4 理想化模型a 从力的角度分析 简谐运动没考虑摩擦阻力 b 从能量转化角度分析 简谐运动没考虑因阻力做功能量损耗 特别提醒 因为动能和势能是标量 所以 1 在振动的一个周期内 动能和势能间完成两次周期性变化 经过平衡位置时动能最大 势能最小 经过最大位移处时 势能最大 动能最小 2 振子运动经过平衡位置两侧的对称点时 具有相等的动能和相等的势能 ac 解题指导 同一简谐运动中的能量只由振幅决定 若振幅不变 振动系统的能量不变 当位移最大时系统的能量体现为势能 动能为零 当处于平衡位置时势能最小 动能最大 这两点是解决此类问题的突破口 解析 m在最大位移处轻放在m上 说明m刚放上时动能为0 m放上前后振幅没改变 振动系统机械能总量不变 振子运动到b点时速度恰为0 此时放上m 系统的总能量即为此时弹簧储存的弹性势能 由于简谐运动中机械能守恒 所以振幅保持不变 因此选项a正确 b错误 由于机械能守恒 最大动能不变 所以选项c正确 d错误 解析 简谐振动的能量是守恒的 故a c错 0 2秒末 0 4秒末位移最大 动能为零 势能最大 故b对 d错 b 素养提升 判断振动是否为简谐运动的方法 解析 以木块为研究对象 设静止时木块浸入水中 x深 当木块再被压入水中x后所受力如图所示 则f回