2.3 简谐运动的回复力和能量(教师版) 2024-2025学年高二物理同步学与练( 人教版2019选择性必修第一册).pdf

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2.3简谐运动的回复力和能量

01学习目标

物理素养学习目标

1.物理观念:①知道回复力的概念,理解简谐运动1.会分析弹簧振子的受力情况,理解回复力的概念。

的能量。②利用守恒观点研究弹簧振子,分析能量转2.认识位移、速度、回复力和加速度的变化规律及相

化过程。互联系。

2.科学思维:应用动力学方法和能量转化思想分析弹3.会用能量观点分析水平弹簧振子动能、势能的变化

簧振子回复力特点和能量变化规律。情况,知道简谐运动遵从机械能守恒定律。

3.科学探究:经历探究弹簧振子系统的能量转化过

程。

4.科学态度与责任:培养学生比较、归纳分析问题的

思想方法。

重点关注:①回复力②加速度③动能、势能

02思维导图

03知识梳理

(一)课前研读课本,梳理基础知识

一、简谐运动的回复力

1.回复力

①定义:使振动物体回到平衡位置的力。

②方向:总是指向平衡位置。

③表达式:F=-kx。式中“-”号表示F与x方向相反。

2.简谐运动:理论上可以证明,如果物体所受的力具有F=-kx的形式,物体就做简谐运动。也就是说:

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正比,并且总是指向平衡位置,物体的运

动就是简谐运动。

二、简谐运动的能量

1.能量转化

弹簧振子运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,势能最大,动能为零。

②在平衡位置处,动能最大,势能最小。

2.能量特点:在简谐运动中,振动系统的机械能守恒,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.对于弹簧的劲度系数和小球质量都一定的系统,振幅越大,机械能越大。

三、简谐运动中各物理量的变化

如图所示的弹簧振子,O为平衡位置,B、C为最大位移位置,以向右的方向为正方向,则振子从C运

动到O的过程中,位移方向为正,大小逐渐减小;回复力方向为负,大小逐渐减小;振子速度方向为负,

大小逐渐增大;动能逐渐增大;势能逐渐减小。(均选填“正”“负”“增大”或“减小”)

(二)辨析

1.(1)回复力的方向总是与位移的方向相反吗?

(2)回复力为0时,物体所受合力一定为0吗?

(3)如图所示,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?

【答案】(1)回复力的方向总是指向平衡位置,而位移的方向是由平衡位置指向物体所在位置,所以回复力

的方向总是与位移的方向相反。

(2)物体做简谐运动回到平衡位置时,回复力为0,但合力可能不为0。例如:物体沿圆弧做简谐运动,如图

所示。当小球运动到圆弧的最低点(平衡位置)时,回复力为0,小球所受的合力用来提供向心力,所以小球所受

的合力不为0。

(3)由M对m的静摩擦力提供。

2.(1)公式F=-kx中的k是否就是指弹簧的劲度系数?

(2)弹簧振子从平衡位置到达最大位移处的过程中,回复力如何变化?从最大位移处向平衡位置运动的过程

中呢?

【答案】(1)不一定。做简谐运动的物体,其回复力特点为F=-kx,这是判断物体是否做简谐运动的依据,

但k不一定是弹簧的劲度系数。

(2)由回复力F=-kx可知:从平衡位置到达最大位移处的过程中,回复力逐渐增大,方向一直指向平衡位置。

从最大位移处向平衡位置运动的过程中,回复力逐渐减小,方向一直指向平衡位置。

04题型精讲

【题型一】简谐运动的回复力

【点拨】

1.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

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