2015-2016高中物理第11章第3节简谐运动的回复力和能量新人教版选修3-4教材.ppt

物理;;;学习目标定位;;※;;做圆周运动的物体总是围着中心转而不是沿直线飞出去，因为它受到了向心力的作用。 做简谐运动的物体总是以平衡位置为中心往复振动。 它的受力又有何“与众不同”之处呢？;;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;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。; 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。;; 一、回复力 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。; 2．简谐运动的回复力 (1)表达式：F＝－kx。 ①由F＝－kx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F＝－kx中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。;特别提醒： (1)回复力F＝－kx和加速度a＝－\f(k,m)x是简谐运动的动力学特征和运动学特征，常用两式来证明某个振动为简谐运动。 (2)k的单位：式中“k”虽然是系数，但有单位，其单位是由F和x的单位决定的，即为N/m。;(北京房山区周口店中学2014～2015学年高二下学期期中)对于弹簧振子的回复力与位移的关系图象，下列图象中正确的是(　　) 答案：C 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。; 二、对简谐运动能量的认识 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。 ;(海岳中学2013～2014学年高二下学期检测)如图所示，一弹簧振子在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________，本题中物体振动时________能和________能相互转化，总________守恒。 (2)关于振子的振动过程有以下说法，其中正确的是(　　) A．振子在平衡位置，动能最大，势能最小 B．振子在最大位移处，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，动能与势能之和保持不变 答案：(1)振幅　动　弹性势　机械能　(2)ABD; 解析：(1)简谐运动的能量取决于振幅，本题中物体振动时动能和弹性势能相互转化，总机械能守恒。 (2)振子在平衡位置两侧往复振动，在最大位移处速度为零，动能为零，此时弹簧的形变量最大，势能最大，所以B正确；在任意时刻只有弹簧的弹力做功，所以机械能守恒，D正确；到平衡位置处速度达到最大，动能最大，势能最小，所以A正确；振幅的大小与振子的位置无关，所以选项C错误。;; 如图所示，物体m系在两弹簧之间，弹簧劲度系数分别为k1和k2，且k1＝k，k2＝2k，两弹簧均处于自然状态，今向右拉动m，然后释放，物体在B、C间振动，O为平衡位置(不计阻力)，则下列判断正确的是(　　) A．m做简谐运动，OC＝OB B．m做简谐运动，OC≠OB C．回复力F＝－kx D．回复