人教版高中物理选择性必修第一册精品课件 第2章 机械振动 3 简谐运动的回复力和能量.ppt

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(2)动力学方法应用体验【例2】一质量为m、底面积为S的正方体木块在水面上静止(平衡),如图所示。现用力向下将其压入水中一段深度后(未全部浸没)撤掉外力,木块在水面上下振动,试判断木块的振动是否为简谐运动。答案见解析解析以木块为研究对象,设水密度为ρ,竖直向下为正方向,静止时木块浸入水中Δx深,当木块被压入水中x后所受力如图所示则F回=mg-F浮①又F浮=ρgS(Δx+x)②由①②两式,得F回=mg-ρgS(Δx+x)=mg-ρgSΔx-ρgSx因为mg=ρgSΔx,所以F回=-ρgSx即F回=-kx(k=ρgS)所以木块的振动为简谐运动。对点演练2.如图所示,在光滑水平面上,用两根劲度系数分别为k1与k2的轻弹簧系住一个质量为m的小球,开始时,两弹簧均处于原长,然后使小球向左偏离x后放手,可以看到小球在水平面上做往复运动,小球是否做简谐运动?答案是解析以小球为研究对象进行受力分析,小球在竖直方向处于受力平衡状态,水平方向受到两根弹簧的弹力作用。设小球位于平衡位置左方某处时,偏离平衡位置的位移为x。左方弹簧受压,对小球的弹力大小F1=k1x,方向向右。右方弹簧被拉,对小球的弹力大小F2=k2x,方向向右。小球所受的回复力等于两个弹力的合力,其大小F=F1+F2=(k1+k2)x,方向向右。令k=k1+k2,上式可写成F=kx。由于小球所受回复力的方向与位移x的方向相反,考虑方向后,上式可表示为F=-kx。所以小球将在两根弹簧的作用下,在水平面内做简谐运动。探究点三简谐运动中各个物理量的变化规律导学探究如图所示,O点为小球的平衡位置,A、A分别是小球运动的最左端和最右端。(1)小球在振动过程中通过O点时速度最大还是最小?(2)小球在振动过程中由A→A点时加速度如何变化?要点提示(1)小球在平衡位置速度最大。(2)加速度先减小后增大。知识归纳简谐运动中各物理量的变化根据水平弹簧振子图,可分析各个物理量的变化关系。物体的运动A→OO→AA→OO→A位移方向向右向左向左向右大小减小增大减小增大回复力方向向左向右向右向左大小减小增大减小增大加速度方向向左向右向右向左大小减小增大减小增大速度方向向左向左向右向右大小增大减小增大减小物体的动能增大减小增大减小弹簧的势能减小增大减小增大系统总能量不变不变不变不变通过上表不难看出:(1)位移、回复力、加速度三者的大小同步变化,与速度的大小变化相反。(2)两个转折点:①平衡位置O点是位移方向、加速度方向和回复力方向变化的转折点;②最大位移处的A点和A点是速度方向变化的转折点。(3)两个过程:①向平衡位置O靠近的过程(A→O及A→O)速度、动能变大;②远离O点时位移、加速度、回复力和势能变大。应用体验【例3】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,振子振动的机械能不断增加A解析小球在平衡位置O时,弹簧处于原长,弹性势能为零,动能最大,位移为零,加速度为零,A项正确;在最大位移A、B处,动能为零,加速度最大,B项错误;由A→O回复力做正功,由O→B,回复力做负功,C项错误;由B→O动能增加,弹性势能减小,总机械能不变,D项错误。方法技巧判断简谐运动中各个物理量变化情况的思路对点演练3.如图所示,由轻质弹簧下面悬挂一物块组成一个竖直方向振动的弹簧振子,弹簧的上端固定于天花板,当物块处于静止状态时,取它的重力势能为零,现将物块向下拉一小段距离后放手,此后物块在平衡位置附近上下做简谐运动,不计空气阻力,则()A.物块速度最大时,振动系统的势能为零B.物块速度最大时,物块的重力势能与弹簧的弹性势能相等C.物块经平衡位置时,振动系统的势能最小D.物块在振动过程中,振动系统的机械能不守恒C解析当物块在平衡位置时的速度最大,但是弹簧的弹性势能不为零,故振动系统的势能不为零,选项A错误;在平衡位置时,物块的重力势能与弹簧的弹性势能不相等,选项B错误;因为只有重力和弹簧弹力做功,则物块的动能、重力势能及弹性势能守恒,故在平衡位置动能最大时,振动系统的势能最小,选项C正确,D错误。学以致用·随堂检测全达标123451.(简谐运动中物理量的变化分析)一弹簧振子沿水平方向的x轴做简谐运动,原点O

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