人教版高中物理选择性必修第1册 第二章 机械振动 3 简谐运动的回复力和能量.pptVIP

3简谐运动的回复力和能量第二章

内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习

学习目标思维导图1.理解回复力的概念、简谐运动的能量(物理观念)2.会用动力学方法,分析简谐运动的变化规律(科学思维)3.能通过探究说明弹簧振子系统的机械能守恒(科学探究)

课前篇自主预习

[自主阅读]一、简谐运动的回复力1.回复力振动物体受到一个总能使其回到平衡位置的力,在这个力的作用下,物体在平衡位置附近做往复运动。我们把这样的力称为回复力。2.回复力的效果能使物体回到平衡位置。3.简谐运动回复力表达式F=-kx4.简谐运动的动力学特征物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比,并且总是指向平衡位置。

二、简谐运动的能量1.振动系统的能量(1)振动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。在最大位移处,动能为0,势能最大;在平衡位置处,动能最大,势能最小。(2)简谐运动是一种理想化模型,振动系统的机械能守恒。2.决定振动系统的机械能大小的因素对于弹簧劲度系数和小球质量都一定的系统,振幅越大,机械能就越大。

[自我检测]1.正误判断(1)回复力是按性质命名的力。()解析回复力是按效果命名的力。答案×(2)弹簧振子在运动过程中机械能守恒。()答案√

(3)简谐运动过程中没有机械能损耗。()答案√(4)回复力是一个单独的力,是一种新的性质力。()答案×(5)回复力的方向总是与位移的方向相反。()答案√

2.(多选)如图所示,弹簧振子在光滑水平杆上的A、B之间做往复运动,下列说法正确的是()A.弹簧振子运动过程中受重力、支持力和弹簧弹力的作用B.弹簧振子运动过程中受重力、支持力、弹簧弹力和回复力作用C.振子由A向O运动过程中,回复力增大D.振子由O向B运动过程中,动能减小、势能增大

解析回复力是根据效果命名的力,不是做简谐运动的物体受到的具体的力,它是由物体受到的具体的力所提供的,在此情景中弹簧的弹力充当回复力,故A项正确,B项错误;回复力与位移的大小成正比,由A向O运动过程中位移的大小在减小,故此过程回复力逐渐减小,C项错误;振子由O向B运动过程中,位移增大,势能增大;速度减小,动能减小,D项正确。答案AD

3.(2021河北承德实验中学)关于简谐运动,下列说法正确的是()A.简谐运动是匀变速运动B.简谐运动的回复力总是指向平衡位置C.简谐运动的回复力可以是恒力D.水平弹簧振子运动到平衡位置时,回复力为零,因此机械能一定为零解析简谐运动中加速度不断变化,是非匀变速运动,选项A错误;简谐运动的回复力总是与位移反向,即指向平衡位置,选项B正确;简谐运动的回复力满足F=-kx,则一定是变力,选项C错误;水平弹簧振子运动到平衡位置时,回复力为零,但是速度最大,动能不为零,选项D错误。答案B

课堂篇探究学习

问题一对回复力和加速度的理解[情境探究]右图为水平弹簧振子的模型,则:(1)振子在运动过程中所受的合力有什么特点?(2)振子所受的合力产生了什么效果?要点提示(1)振子所受的合力总是指向平衡位置。(2)合力的效果是总把振子拉回平衡位置。

[知识归纳]1.回复力是根据力的效果命名的,它可以是一个力,也可以是多个力的合力,还可以由某个力的分力提供。例如,如图甲所示,水平方向上弹簧振子,弹力充当回复力;如图乙所示,竖直方向上弹簧振子弹力和重力的合力充当回复力;如图丙所示,A随B一起振动,A的回复力是静摩擦力。

2.回复力的大小、方向(1)回复力F=-kx反映出了回复力F与位移之间的正比关系,位移增大为原来的几倍,回复力也增大为原来的几倍。(2)方向:“负号”表示回复力的方向与位移方向始终相反。(3)因x=Asin(ωt+φ0),故回复力F=-kx=-kAsin(ωt+φ0),可见回复力随时间按正弦规律变化。

[典例剖析]例题1(2021浙江湖州月考)如图所示,物体A、B叠放在光滑水平面上,轻质弹簧的一端固定在墙面上,另一端与A相连,弹簧的轴线与水平面平行。开始时弹簧处于伸长状态,释放后物体A、B一起运动,第一次向右通过平衡位置时开始计时,取向右为正方向,则物体A受的摩擦力Ff与时间t的关系图像正确的是()

解析物体A、B与弹簧组成的系统所做的运动是简谐振动,A、B作为一个整体,其位移与时间成正弦函数关系,其所受的合外力即是回复力,与位移成正比,所以回复力与时间也成正弦函数的关系;将物体B单独隔离出来分析,物体B也做简谐振动,其回复力就是A对它的摩擦力,这个摩擦力也与时间成正弦函数关系,故选A。答案A要点笔记分析物体做简谐运动的回复力,首先是要明确回复力是效果力,千万不要认为回复力是物体又受到的一种新的性质力。

变式训练1(20