2.3简谐运动的回复力和能量 课件-2022-2023学年 高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册

第二章

机械振动第3节

简谐运动的回复力和能量思考并回答问题。思考1：.一水平弹簧振子的模型如图所示，振子在运动过程中所受的合力有什么特点？振子所受的合力产生了什么效果？[答案]

振子所受的合力总是指向平衡位置；合力的效果总是把振子拉回到平衡位置。

正确的打“√”，错误的打“×”。（1）

简谐运动是一种理想化的振动。(

)√（2）

回复力的方向总是与位移的方向相反。(

)√（3）

弹簧振子在关于平衡位置对称的两点，所受回复力相同。(

)×（4）

弹簧振子位移最大时，动能也最大。(

)×（5）

弹簧振子运动到平衡位置时，回复力为零，因此能量一定为零。(

)×任务1

简谐运动的回复力情境引入

问题引领

[答案]

两个力。重力、支持力。

[答案]

不受。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，不是一种新型的力，所以分析物体的受力时，不分析回复力。回复力可以由某一个力提供（如弹力），也可以是几个力的合力，还可以是某一个力的分力，归纳起来，回复力一定等于物体沿振动方向所受的合力。知识生成1.回复力：做简谐运动的物体受到的总能使物体回到①___________的力。平衡位置2.简谐运动的动力学特征（1）回复力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向②_______，总是指向③_______位置，它的作用是使振子能④_______平衡位置。

相反平衡回到

劲度系数3.简谐运动

如果质点所受的力的大小与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且该力总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。应用探究

[答案]

当离开O点后，受到弹簧的弹力总是指向O点，作为回复力，使其回到平衡位置。简谐运动过程中位移总是偏离平衡位置，由胡克定律可知，使振子回到平衡位置的力与振子离开平衡位置离开平衡位置的位移大小成正比，方向总是指向平衡位置，即与位移方向相反。

[答案]

见解析

证明一个振动为简谐运动的基本思路：任务2

简谐运动的能量情境引入

弹簧振子的势能与弹簧的伸长量有关，动能与小球的速度有关。请比较振子在不同位置的能量大小。问题引领1.如图所示，仔细分析弹簧振子运动过程中的能量转化情况，请判断各阶段的能量转化情况，并填入表格。振子的运动相关量的变化情况位移大小____________________________速度大小____________________________动能____________________________势能____________________________总能量____________________________减小增大减小增大增大减小增大减小增大减小增大减小减小增大减小增大不变不变不变不变2.思考：

（2）弹簧振子在平衡位置时具有什么能？该能量又是如何获得的？

知识生成

简谐运动的能量1.振动系统的状态与能量的关系

振动系统的能量一般指系统的⑦_________。振动的过程就是⑧_______和⑨_______互相转化的过程。（1）在最大位移处，势能⑩_______，动能⑪_______。（2）在平衡位置处，动能⑫_______，势能⑬_______。（3）在简谐运动中，振动系统的机械能⑭_______，因此简谐运动是一种理想化的模型。机械能动能势能最大为零最大最小守恒2.决定能量大小的因素

振动系统的机械能跟⑮_______有关，⑯_______越大，机械能就越大，振动越强。一个确定的简谐运动是等幅振动。振幅振幅应用探究

（1）如果把振子振动的振幅增大，振子回到平衡位置的动能是否增大？振动系统的机械能是否增大？（2）实际的振动系统中存在空气阻力和摩擦力，能量是否损失？理想化的弹簧振动系统，忽略空气阻力和摩擦力，能量是否损失？[答案]

（1）如果把振子振动的振幅增大，振子回到平衡位置的动能增大，系统的机械能增大。（2）实际的振动系统，能量逐渐减小；理想化的弹簧振动系统，能量不变。

A

分析问题.小球做什么运动？小球从左向右运动的过程中，弹簧的形变量如何变化？【提示】小球做简谐运动。从左向右运动的过程中，小球的速度先增大后减小；小球从左向右运动的过程中，弹簧的形变量先减小后增大。

如图所示的弹簧振子做简谐运动时，各物理量的变化如下表。振子的运动位移方向向右向左向左向右大小减小增大减小增大回复力方向向左向右向右向左大小减小增大减小增大振子的运动加速度方向向左向右向右向左大小减小增大减小增大速度方向向左向