物理选择性必修1优质课公开课第3节 简谐运动的回复力和能量.pptx

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第3节简谐运动的回复力和能量

;一、简谐运动的回复力

1.填一填

(1)回复力:使振动物体回到_________的力。

(2)简谐运动的回复力:F=-kx。“-”表示回复力的方向与位移方向_____。

(3)简谐运动:如果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_____,并且总是指向___________,质点的运动就是简谐运动。

;2.判一判

(1)做简谐运动物体所受回复力的方向总是与位移的方向相反。 ()

(2)做简谐运动物体所受回复力的方向总是与速度的方向相反。 ()

(3)做简谐运动物体所受回复力大小总是与位移的大小成正比。 ();3.选一选

对于弹簧振子的回复力和位移的关系,下列图中正确的是 ()

解析:由简谐运动的回复力公式F=-kx可知,弹簧振子做简谐运动时的回复力和位移的关系图像应如图C所示。

答案:C

;二、简谐运动的能量

1.填一填

(1)小球远离平衡位置时,_____增大,_____减小。

(2)小球在最大位移时,势能最大,动能为0。

(3)小球在平衡位置时,______最大,______为0。

(4)简谐运动的能量特点:在弹簧振子运动的任意位置,系统的动能和势能之和都是一定的,遵守___________定律。

(5)简谐运动的振幅越大,系统的________越大。

;2.判一判

(1)水平弹簧振子运动到平衡位置时,回复力为0,因此系统的能量一定为0。()

(2)回复力变大时,弹簧振子的速度变小。 ()

(3)振动过程中的机械能守恒是一种理想化的模型,实际的振动是有一定的能量损耗。 ()

;3.想一想

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?

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。

;[学透用活]

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,同向心力一样是按照力的作用效果来命名的。

(2)回复力可以由某一个力提供,如水平弹簧振子的回复力即为弹簧的弹力;也可能是几个力的合力,如竖直悬挂的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重力的合力;还可能是某一力的分力。归纳起来,回复力一定等于振动物体在振动方向上所受的合力。分析物体的受力时不能再加上回复力。;[解析]物体的位移为x,则物体所受的合力F=-k1x-k2x=-(k2+k1)x=-3kx,D正确,C错误;可见物体做的是简谐运动,由简谐运动的对称性可得OC=OB,A正确,B错误。

[答案]AD

;[对点练清]

1.[多选]如图所示,弹簧振子B上放一个物块A,在A与B一起做

简谐运动的过程中,关于物块A受力的说法中正确的是()

A.物块A受重力、支持力及弹簧对它的恒定的弹力

B.物块A受重力、支持力及弹簧对它的大小和方向都随时间变化的弹力

C.物块A做简谐振动的回复力是B对它的摩擦力

D.物块A受重力、支持力及B对它的大小和方向都随时间变化的摩擦力

解析:物块A做简谐运动,在水平方向受到合外力不断变化,具体受力情况为:竖直方向上受到的重力和支持力是一对平衡力,水平方向只有B物体对它的摩擦力作用,摩擦力提供回复力,C、D选项正确。

;2.某一弹簧振子做简谐运动,在下面四幅图像中,能正确反映加速度a与位移x的关系的是 ()

;3.水平弹簧振子做简谐运动经过A点时,加速度的大小是2m/s2,方向指向B点;当它经过B点时,加速度的大小是3m/s2,方向指向A点,平衡位置为O点,下面有关A、B两点的位置关系正确的是 ()

;[学透用活]

1.根据水平弹簧振子图,可分析各个物理量的变化关系如下:

;速度;[解析]在0.25~0.3s时间内,振子的位移增大,受到的回复力越来越大,故A错误;由题图可知,该振子的周期为0.4s,且t=0.3s时,振子位移最大,可知在0.7s时刻振子的位移也是最大,速度为零,故B错误;动能与势能都是标量,它们变化的周期等于简谐振动周期的一半,所以振子的动能和重力势能相互转化的周期为0.2s,故C错误,D正确。

[答案]D;[规律方法]

简谐运动的各物理量变化的两种分析顺序

;[对点练清]

1.把一个小球套在光滑细杆上,球与轻弹簧相连组成弹簧振子,

小球沿杆在水平方向做简谐运动,它围绕平衡位置O在A、B间振动,如图所示,下列结论正确的是 ()

A.小球在O位置时,动能最大,加速度最小

B.小球在A、B位置时,动能最大,加速度最大

C.小球从A经O到B的过程中,回复力一直做正功

D.小球从B到O的过程中,振子振动的能量不断增加

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