高中物理(新教材)选修1课件4：2 3 简谐运动的回复力和能量 人教版

3简谐运动的回复力和能量第二章机械振动一、描述简谐运动的物理量1、振幅A：2、周期T：频率f：关系:3、相位：二、简谐运动的表达式周期性运动的物体在各个时刻所处的不同的状态复习回顾振动物体离开平衡位置的最大距离完成一次全振动所需要的时间单位时间内完成全振动的次数T=1/f运动受力特点力大小变化情况与速度的方向关系匀速直线运动匀变速直线运动匀变速曲线运动匀速圆周运动………………F合的方向与速度在一条直线上F合的方向与速度方向有一夹角F合的方向与速度方向始终垂直物体的运动跟它的受力有关，那么简谐运动的受力有何特点呢？物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？简谐运动的回复力概念：特点：方向始终指向平衡位置使振子回到平衡位置的力回复力来源：按力的作用效果命名，可以使一个力也可以是某个力的分力，还可以是几个力的合力。OBAFFxx方向关系：回复力的方向总是与振子偏离平衡位置的位移方向相反大小关系：根据胡克定律，F＝-kx简谐运动的回复力与位移的关系OBA回复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，即与位移方向相反简谐运动的运动学特点例题1.证明：光滑斜面上的小球连在弹簧上，把原来静止的小球沿斜面拉下一段距离后释放，小球的运动是简谐运动。证明：如图，小球静止时弹簧的伸长量为再往下拉后弹簧相对于静止位置伸长x时，物体的回复力F=-k(x0+x)+mgsinθ=-kx，由此可判定物体是做简谐运动。【方法技巧】判断物体的振动是否为简谐运动的方法(1)确定平衡位置；(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F=-kx。例题2.在劲度系数为k，原长为L0的固定于一点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，小木块的振动是简谐运动吗？规定向下为正方向平衡位置:振子在c点受到的弹力为:振子受的回复力原长静止位置abc例题2.在劲度系数为k，原长为L0的固定于一点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，小木块的振动是简谐运动吗？规定向下为正方向平衡位置:振子在c点受到的弹力为:振子受的回复力原长静止位置abcAA→OOO→BBx

vF、a动能势能总机械能向左减小向右增大向右减小动能增大势能减小向右增大向右减小向左增大动能减小势能增大不变向左最大向右最大00向右最大00向右最大向左最大动能最大势能为0动能为0势能最大动能为0势能最大BAO简谐运动中各物理量的变化点击小球将振子从B点释放后在弹簧弹力（回复力）作用下，振子向左运动，速度加大，弹簧形变（位移）减少，弹簧的弹性势能转化为振子的动能。当回到平衡位置O时，弹簧无形变，弹性势能为零，振子动能达到最大值，这时振子的动能等于它在最大位移处（B点）弹簧的弹性势能，也就是等于系统的总机械能。在任何一位置上，动能和势能之和保持不变，都等于开始振动时的弹性势能，也就是系统的总机械能。总机械能由振幅决定.ABO简谐运动的能量简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒。平衡位置：两端点：向平衡位置靠近：远离平衡位置：v最大，x=0，F回=0(a=0)x最大，F回最大(a最大)，v=0x减小，F回减小(a减小)，v增大，做加速度减小的加速运动x增大，F回增大(a增大)，v减小，做加速度增大的减速运动简谐运动是变加速运动简谐运动的特点OBAFF从平衡位置开始计时，取向右为正方向用图像表示简谐运动中各物理量的变化BAO点击小球Otx1.位移OtF2.回复力Ota3.加速度Otv4.速度OtEk5.动能OtEP6.势能TTTTTT从平衡位置开始计时，取向右为正方向用图像表示简谐运动中各物理量的变化BAO点击小球Otx1.位移OtF2.回复力Ota3.加速度Otv4.速度OtEk5.动能OtEP6.势能TTTTTT1、回复力：使振动物体回到平衡位置的力.2、简谐运动回复力的特点：如果质点所受的回复力与它的偏离平衡位置的位移大小成正比，并且始终指向平衡位置（即与位移方向相反）,质点的运动就是简谐运动。3、简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒.课堂小结1.在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，不变的物理量有（）A．速度B、位移C．回复力D、加速度E、动能BCDE课堂练习2.做简谐运动的物体，当位移为负值时，以下说法正确的是（）A．速度一定为正值，加速度一定为正值B．速度不一定为正值，但加速度一定为正值C．速度一定为负值，加速度一定为正值D．速度不一定为负值，加速度一定为负值B3.当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法正确的（）A．振子在振动过程中，速度相同时，弹簧的长度一定相等B．振子从最低点向平衡位置运动过程中，弹簧弹力始终做负功C．振子在振动过程中的回复力由弹簧的弹力和振子的重力的合力提供D．振子在振动过程中，系统的机械能一定守恒CD4.关于弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法正确的有（）ABCA．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备用工具&资料3.当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法正确的（）A．振子在振动过程中，速度相同时，弹簧的长度一定相等B．振子从最低点向平衡位置运动过程中，弹簧弹力始终做负功C．振子在振动过程中的回复力由弹簧的弹力和振子的重力的合力提供D．振子在振动过程中，系统的机械能一定守恒CD1.在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，不变的物理量有（）A．速度B、位移C．回复力D、加速度E、动能BCDE课堂练习运动受力特点力大小变化情况与速度的方向关系匀速直线运动匀变速直线运动匀变速曲线运动匀速圆周运动………………F合的方向与速度在一条直线上F合的方向与速度方向有一夹角F合的方向与速度方向始终垂直物体的运动跟它的受力有关，那么简谐运动的受力有何特点呢？物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？简谐运动的回复力例题1.证明：光滑斜面上的小球连在弹簧上，把原来静止的小球沿斜面拉下一段距离后释放，小球的运动是简谐运动。证明：如图，小球静止时弹簧的伸长量为再往下拉后弹簧相对于静止位置伸长x时，物体的回复力F=-k(x0+x)+mgsinθ