高中物理选择性必修一优质课公开课2.2.pptx

2．简谐运动的回复力及能量;;课标要求

1.理解回复力的概念，知道回复力在简谐运动中的特征．

2．会用动力学的方法，分析简谐运动中位移、速度、加速度的变化规律．

3．会用能量守恒的观点分析水平弹簧振子在振动过程中动能、势能、总能量的变化规律．;思维导图;必备知识·自主学习;一、回复力

1．定义：当弹簧振子的小球偏离平衡位置时，都会受到一个____________的力，这个力叫作回复力．

2．特点：做简谐运动的物体受到总是指向________，且大小与位移成________的回复力的作用．

3．表达式：F＝________．;

[导学1]

(1)回复力的方向总是与位移方向相反．

(2)振子向最大位移处振动过程中，回复力增大、加速度增大、位移增大、速度减小；振子向平衡位置振动过程中，回复力减小、加速度减小、位移减小，速度增大．;二、简谐运动的能量转化

1．振动系统(弹簧振子)的状态与能量的对应关系

当振子在平衡位置时，振子速度最大，此时弹性势能最小，动能有最大值；振子相对平衡位置位移最大时，振子速度为零，此时弹性势能达最大值，动能为零．振动系统的总机械能________．

2．简谐运动的能量图像;

[导学2]

一个确定的弹簧振子的振动能量取决于振幅．增大振幅，振子在最大位移处的弹性势能增大，通过平衡位置的速度增大．;关键能力·合作探究;探究点一简谐运动的回复力

导学探究

如图所示为水平方向的弹簧振子模型．

(1)当振子离开O点后，是什么力使其回到平衡位置？

(2)使振子回到平衡位置的力与振子离开平衡位置的位移的大小及方向有何关系？;

提示：(1)当振子离开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．

(2)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．;归纳总结

1.回复力

(1)回复力的方向总是指向平衡位置，回复力为零的位置就是平衡位置．

(2)回复力的性质

回复力是根据力的效果命名的，可能由合力、某个力或某个力的分力提供．它一定等于振动物体在振动方向上所受的合力，分析???体受力时不能再加上回复力．例如：如图甲所示，水平方向的弹簧振子，弹力充当回复力；如图乙所示，竖直方向的弹簧振子，弹力和重力的合力充当回复力；如图丙所示，m随M一起振动，m的回复力由静摩擦力提供．;?;?;典例示范

例1(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、弹簧弹力和回复力的作用

C．振子由A向O运动过程中，回复力逐渐增大

D．振子由O向B运动过程中，回复力的方向指向平衡位置;

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，A正确，B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逐渐减小，故此过程回复力逐渐减小，C错误；回复力总是指向平衡位置，D正确．;

归纳总结

理解回复力的两点注意

(1)分析物体做简谐运动的回复力，首先要明确回复力是效果力，是由物体受到的力来充当的，不要认为回复力是物体受到的一种新力．

(2)对于相关联的多个物体，整体法和隔离法在分析简谐运动时，仍然适用．;素养训练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？;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x0，设弹簧的劲度系数为k，由平衡条件得kx0＝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＋x0)，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．;?;?;?;探究点二简谐运动的能量

导学探究

如图所示的弹簧振子．

观察振子从B→O→C→O→B的一个循环．

请思考：

(1)弹簧振子在振动过程中动能、势能的变化规律．

(2)弹簧振子在振动过程中机械能守恒吗？;

提示：(1)弹簧振子的动能变化规律：B→O过程动能增大，O点动能最大，O→C动能减小；弹簧振子的势能变化规律：在B、C两点势能最大，B→O过程势能减小，O点势能为0，O→C过程势能增大．

(2)弹簧振子在振动过程中只有弹力做功，故机械能守恒．;归纳总结

1.简谐运动的能量

做简谐运动的物体在振动中经过某一位置时所具有的势能