2.3简谐运动的回复力与能量 学案-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册（含答案）

2.3简谐运动的回复力与能量学案一学科核心素养1、会分析弹簧振子的受力情况，理解回复力的概念。2、认识位移、速度、回复力和加速度的变化规律及相互联系。3、会用能量观点分析水平弹簧振子动能、势能的变化情况，知道简谐运动中机械能守恒。物理观念：理解回复力的概念、简谐运动的能量。科学思维：会用动力学方法，分析简谐运动的变化规律。科学探究：能定性地说明弹簧振子系统的机械能守恒．科学态度与价值观：通过对弹簧振子的运动和能量的分析，形成解决物理问题的能量观和运动关二学习重难点重点：理解回复力的概念、简谐运动的能量。难点：会用动力学方法，分析简谐运动的变化规律。

三课前预习1．一质量为m的小球，通过一根轻质弹簧悬挂在天花板上，如图所示。（1）小球在振动过程中的回复力实际上是________。（2）该小球的振动是否为简谐运动________？（3）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2．简谐运动的能量（1）能量转化弹簧振子运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。（2）能量特点在简谐运动中，振动系统的机械能守恒，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______的模型。3．简谐运动的回复力（1）回复力①定义：使振动物体回到______的力。②方向：总是指向______③表达式：F=______（2）简谐运动如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置的______的大小成______，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。4．简谐运动能量特征：振动的能量包括动能Ek和势能Ep，简谐运动过程中，系统动能与势能相互___________，弹簧振子系统的机械能___________。5．图像信息（1）可以确定某时刻质点离开平衡位置的___________。（2）确定某时刻质点速度的方向：速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来判定，若下一时刻位移增加，振动质点的速度方向就是远离t轴，若下一时刻位移减小，振动质点的速度方向就是指向t轴。（3）比较不同时刻质点的动能、势能的大小。6．如图所示，一水平弹簧振子在A、B间做简谐运动，平衡位置为O，已知振子的质量为M。(1)简谐运动的能量取决于________，振子振动时动能和________相互转化，总机械能________；(2)振子在振动过程中，下列说法中正确的是________；A．振子在平衡位置，动能最大，弹性势能最小B．振子在最大位移处，弹性势能最大，动能最小C．振子在向平衡位置运动时，由于振子振幅减小，故总机械能减小D．在任意时刻，动能与弹性势能之和保持不变(3)若振子运动到B处时将一质量为m的物体放到M的上面，且m和M无相对滑动而一起运动，下列说法正确的是________。A．振幅不变

B．振幅减小C．最大动能不变

D．最大动能减小7．如图所示，一水平弹簧振子在A、B间做简谐运动，平衡位置为O，已知物体的质量为M。（1）同一振动系统简谐运动的能量取决于___________，物体振动时动能和___________相互转化，总机械能___________。（2）物体在振动过程中，下列说法中不正确的是()A．物体在平衡位置，动能最大，弹性势能最小B．物体在最大位移处，弹性势能最大，动能最小C．物体在向平衡位置运动时，由于物体振幅减小，故总机械能减小D．在任意时刻，动能与弹性势能之和保持不变（3）若物体运动到B处时将一质量为m的物体放到M的上面，且m和M无相对滑动而一起运动，下列说法正确的是()A．振幅增大

B．振幅减小C．最大动能不变

D．最大动能减小四自我检测1．如图所示，水平弹簧振子在光滑水平杆上的A、B之间做简谐运动，O为平衡位置。下列说法正确的是（）A．振子运动过程中受重力、支持力、弹簀弹力和回复力作用B．振子由O向B运动过程中，回复力的方向指向平衡位置C．振子在往复运动过程中机械能守恒D．振子在B点加速度最小2．如图所示是一做简谐运动的物体的振动图像，下列说法正确的是（）A．物体的振动周期是 B．第2个内物体的位移是10cmC．物体的振动频率为0.25Hz D．物体的振幅是10cm3．如图a所示，一小物体从竖直弹簧上方离地高h，处由静止释放，其动能与离地高度h的关系如图所示．其中高度从下降到，图像为直线，其余部分为曲线，对应图像的最高点，轻弹簧劲度系数为k，小物体质量为m，重力加速度为g，则以下说法正确的是（）A．根据已知条件无法求出弹簧的劲度系数B．小物块下降至离地高度为时，动能最大，弹簧的弹性势能最小C．小物体从高度下降到，弹簧的弹性势能增加了D．小物体从高度下降到，弹簧的最大弹性势能为4．A、B是两个完全相同的弹簧振子，把A振子移到A的平衡位置右边6cm处，把B振子移到B的平衡位置右边2cm处，然后同时放手（）A．A、B运动的方向总是相同的B．A、B运动的方向有时相同、有时相反C．A振动周期是B振动周期的3倍D．A在平衡位置的速度比B在平衡位置的速度小5．如图所示为弹簧振子的振动图象，根据此振动图象不能确定的物理量是（）A．周期 B．振幅C．频率 D．最大回复力6．一弹簧振子做简谐运动，在速度增大的过程中，弹簧振子的（）A．位移增大 B．加速度增大 C．回复力减小 D．机械能减小7．一质点做简谐运动的图像如图所示，下列说法正确的是（）A．质点的振动频率是4HzB．0～10s内质点经过的路程是20cmC．在时质点的速度为0D．在和两时刻，质点的位移相同8．如图甲所示，弹簧振子以O点为平衡位置，在M、N两点之间做简谐运动，以向右为正方向。振动物体的位移x随时间t变化的图像如图乙所示，下列判断正确的是（）A．t＝0.8s时，振动物体的速度方向向右B．t＝0.4s和t＝1.2s时，振动物体的加速度相同C．振动物体做简谐运动的表达式为D．从t＝0.4s到t＝0.8s时间内，振动物体的速度逐渐减小9．当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法中正确的是（）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．振子在运动过程中的回复力由弹簧的弹力提供D．振子在运动过程中，系统的机械能守恒10．在竖直方向上做简谐运动的弹簧振子，当振子的速度相等时，下列物理量一定相同的是（）A．弹性势能 B．位移 C．势能 D．加速度三课前预习1．

弹簧的弹力与重力的合力

是

D2．

势能

动能

动能

势能

理想化3．

平衡位置

平衡位置