高中人教物理选择性必修一2.3 简谐运动的回复力和能量（教学设计）同步备课 - 副本

1、第二章机械振动第3节简谐运动的回复力和能量本节课程是学生在认识了弹簧振子模型，并且知道了简谐运动方程及图像物理意义的基础上，从本质上探讨简谐运动产生的动力学问题，引出回复力的概念，最后通过对简谐运动中质点的加速度、速度、位移、弹性势能、动能及机械能的变化规律，从而达到对简谐运动的深入了解。【物理观念】理解回复力的概念【科学思维】会用动力学的方法分析简谐运动中位移、速度、回复力和加速度的变化规律，知道各参数之间的逻辑关系。【科学探究】用能量守恒的观点，结合视频探究水平弹簧振子在振动过程中各物理量的变化规律。【科学态度与责任】要从事物的外在行为出发，应用所学过的物理知识解释本质原理，要将这种知其然

2、要知其所以然的科学态度应用在日常学习中。【教学重点】掌握简谐运动的动力学特征，明确回复力的概念【教学难点】理解简谐运动过程中位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况【引入新课】想一想：当我们把弹簧振子的小球拉离平衡位置释放后，小球就会在平衡位置附近做简谐运动。小球的受力满足什么特点才会做这种运动呢？思考：1.小球运动过程中经过O点时，受到的合力为多大？2.小球运动到O点右侧的P点时，受到的合力方向如何？与小球偏离平衡位置位移的方向相同还是相反？3.小球运动到O点左侧的Q点时，受到的合力方向如何？与小球偏离平衡位置位移的方向相同还是相反？4.小球受到的合力的效果是什么？弹簧振子在运动过程

3、所受力的方向有什么特点？小球所受的力总是与偏离平衡位置位移的方向相反，即受力方向总是指向平衡位置，它的作用是把物体拉回到平衡位置。通常把这个力称为回复力。弹簧振子在运动过程所受力的大小有什么特点？小球所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比二、【进行新课】探究点一、简谐运动的回复力对简谐运动的回复力的理解1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的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动2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够回到平衡位置3.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

4、物体的受力时，不分析回复力4.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但是不一定等于物体所受的合外力。谐运动的回复力的力学关系：Fkx.(1)由Fkx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(2)公式Fkx中的k指的是回复力与位移间的比例系数，而不一定是弹簧的劲度系数，系数k由振动系统自身决定(3)据牛顿第二定律，a x，表明弹簧振子做简谐振动时振子的加速度大小也与位移大小成正比，加速度方向与位移方向相反，所以简谐运动是一种变加速

5、直线运动简谐运动的回复力探究点二、简谐运动的能量弹簧振子中小球的速度在不断变化，因而它的动能在不断变化；弹簧的伸长量或压缩量在不断变化，因而它的势能也在不断变化。弹簧振子的能量变化具有什么规律呢？简谐运动中各物理量的变化规律当物体做简谐运动时，它偏离平衡位置的位移x、回复力F及加速度a、速度v、动能Ek、势能Ep、振动能量E遵循一定的变化规律，可列表如下：简谐运动的能量振子的速度与动能：速度不断变化，动能也在不断变化弹簧形变量与势能：弹簧形变量在变化，因此势能也在变化简谐运动过程是一个动能和势能不断变化的过程，在任意时刻振动系统的总机械能不变在平衡位置处，动能最大，势能最小；在最大位移处，势能

6、最大，动能最小振动系统的机械能与振幅有关，振幅越大，机械能就越大课堂重点知识小结简谐运动的回复力(1)定义：振动物体受到的总能使振动物体回到平衡位置，且始终指向平衡位置的力，叫回复力。(2)回复力的特性：回复力是根据力的作用效果命名的，可以是重力、弹力或摩擦力，或几个力的合力，或某个力的分力等。回复力总与位移的大小成正比，且与位移的方向相反。(3)回复力的效果：使振动物体能够回到平衡位置。(4)回复力的表达式做简谐运动的质点，回复力总满足Fkx的形式，式中k是比例常数。简谐运动的能量1弹簧振子在运动中，不考虑摩擦等阻力造成的损耗，系统的动能和势能相互转化，但是振动系统的动能和势能之和保持不变，

7、即系统的机械能守恒2振动系统的机械能跟振幅有关，振幅越大，机械能就越大随堂练习例1(多选)物体做简谐运动时，下列叙述中正确的是()A平衡位置就是回复力为零的位置B处于平衡位置的物体，一定处于平衡状态C物体到达平衡位置，合力一定为零D回复力的方向总是指向平衡位置【答案】：AD【解析】：由回复力及平衡位置的定义可知，平衡位置时回复力为零，选项A、D正确；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错误例2（单选）弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动，在振子向着平衡位置运动的过程中()A振子所受的回复力逐渐增大B振子离开平衡位置的位移逐渐增大C振子

8、的速度逐渐增大D振子的加速度逐渐增大【答案】 C【解析】在振子向着平衡位置运动的过程中，振子所受的回复力逐渐减小，振子离开平衡位置的位移逐渐减小，振子的速度逐渐增大，振子的加速度逐渐减小，选项C正确例3、(多选)如图所示是某一质点做简谐运动的图像，下列说法正确的是()A在第1 s内，质点速度逐渐增大B在第2 s内，质点速度逐渐增大C在第3 s内，动能转化为势能D在第4 s内，动能转化为势能【答案】BC【解析】在第1 s内，质点的位移逐渐增大，速度逐渐减小，A错；在第2 s内，质点向平衡位置运动，速度逐渐增大，故B对；在第3 s内，质点速度减小，动能转化为势能，故C对；第4 s内速度逐渐增大，势能转化为动能，故D错例4、(单选）物体做简谐运动时，下列叙述中正确的是()A平衡位置就是回复力为零的位置B处于平衡位置的物体，一定处于平衡状态