2014版高中物理 11-3简谐运动的回复力和能量课件 新人教版选修3-4.ppt

●课标解读 1．掌握简谐运动回复力的特征，能准确分析回复力的来源． 2．理解简谐运动的规律，掌握在一次全振动过程中位移、加速度、速度和能量的变化规律． 3．会用能量守恒的观点，分析水平弹簧振子中动能、势能、总能量的变化规律． 4．通过对弹簧振子做简谐运动的分析，在培养学生分析和解决问题的能力的同时，使学生知道从特殊到一般的思维方法． ●教学地位 本节内容是该章的重点内容，振动过程的特征分析是高考的热点，也是理解简谐运动的一个关键点． ●新课导入建议 前面两节课我们从运动学的角度研究了简谐运动的规律，物体的运动形式是由受力决定的，那么简谐运动的受力有何特点呢？这节课我们就来学习简谐运动的动力学特征和能量转化的规律． ●教学流程设计 1.基本知识 (1)简谐运动的回复力 ①方向特点：总是指向 ． ②作用效果：把物体拉回到 ． ③来源：回复力是根据力的 ______(选填“性质”或“效果”)命名的，可能由合力、某个力或某个力的分力提供． ④表达式：F＝ ．即回复力与物体的位移大小成 ， 表明回复力与位移方向始终相反，k是一个常数，由振动系统决定． (2)简谐运动的动力学特征 如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成 ，并且总是指向 ，质点的运动就是简谐运动． 2．思考判断 (1)回复力的方向总是与位移的方向相反．(√) (2)回复力的方向总是与速度的方向相反．(×) (3)回复力的方向总是与加速度的方向相反．(×) 3．探究交流 如图11-3-1，m和M保持相对静止， 在弹簧的作用下一起在光滑的水平面 上做简谐运动．m的回复力由谁提供？ 【提示】　M对m的静摩擦力提供. 1.基本知识 (1)振动系统的状态与能量的关系 ①振子的速度与动能：速度不断变化，动能也 ． ②弹簧形变量与势能：弹簧形变量在不断变化，因而势能也在 ． (2)简谐运动的能量 一般指振动系统的 ．振动的过程就是______和 互相转化的过程． ①在最大位移处， 最大，动能为零． ②在平衡位置处，动能 ，势能最小． ③在简谐运动中，振动系统的机械能 (选填“守恒”或“减小”)，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．一个确定的简谐运动是 振动． 2．思考判断 (1)简谐运动是一种理想化的振动．(√) (2)水平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．(×) (3)弹簧振子位移最大时，势能也最大．(√) 3．探究交流 如图11-3-2所示，在弹簧振子的运动过程中，弹性势能最大的位置有几个？动能最大的位置有几个？ 图11-3-2 【提示】　在弹簧振子的运动过程中，弹性势能最大的位置有两个，分别对应于振子运动的最左端和最右端．动能最大的位置只有一个，就是弹簧振子运动到平衡位置的时候． 【问题导思】　 1．回复力是一种新性质的力吗？ 2．简谐运动的回复力有什么特点？ 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．可能是一个力的分力，也可能是几个力的合力． 2．简谐运动的回复力：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． (2014·岳阳检测)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11-3-3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？ 【审题指导】　(1)分析小球受力可知回复力来源． (2)证明回复力与位移是否满足F＝－kx关系． 【解析】　(1)此振动过程的回复力实际上是弹簧的弹力与重力的合力． (2)设振子的平衡位置为O，向下方向为正方向，此时弹簧已经有了一个伸长量h，设弹簧的劲度系数为k，由平衡条件得kh＝mg ① 当振子向下偏离平衡位置的距离为x时，回复力即合外力为 F回＝mg－k(x＋h) ② 将①代入②式得：F回＝－kx，可见小球所受合外力与它的位移的关系符合简谐运动的受力特点，该振动系统的振动是简谐运动． 【答案】　(1)弹力和重力的合力　(2)是简谐运动 判断一个振动为简谐运动的方法 根据简谐运动的特征进行判断，由此可总结为： 1．通过对位移的分析，列出位移—时间表达式，利用位移—时间图象是否满足正弦规律来判断． 2．对物体进行受力分析，求解物体所受力在振动方向上的合力，利用物体所受到的回复力是否满足F＝－kx进行判断． 1．若将弹簧下端固定，上端连接一个小球由平衡的位置下压弹簧一段距离后释放，小球的运动是否为简谐运动？ 【解析】　小球静止时的位置为其运动时的平衡位置，设此时弹簧压缩量为