第二章 3.简谐运动的回复力和能量-【金版新学案】2024-2025学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义配套课件(人教版2019)[48544603].pptx

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;1.理解回复力的概念,会分析做简谐运动的物体的回复力的来源。

2.知道简谐运动的动能、势能概念,会运用能量的观点分析弹簧振

子的动能、势能的转化情况。;;知识点一简谐运动的回复力;情境导学如图为水平方向的弹簧振子的振动过程示意图。

(1)当振子离开O点后,是什么力使其回到平衡位置?

提示:弹簧的弹力使振子回到平衡位置。

(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:弹簧弹力与位移大小成正比,方向与位移方向相反。;教材梳理(阅读教材P43-P44完成下列填空)

1.回复力

(1)定义:使物体在__________附近做__________的力称为回复力。

(2)方向:总是指向__________。

(3)大小:F=______,“-”号表示F与x反向。

(4)效果:总是要把物体拉回到__________。

2.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________,并且总是指向__________,物体的运动就是简谐运动。;问题探究图甲为水平方向的弹簧振子,

图乙为竖直方向的弹簧振子,图丙为A叠

放到B上组成的水平弹簧振子系统。

(1)分析图甲中水平方向的弹簧振子的回复力的来源及大小特点;

提示:回复力由弹簧的弹力提供,大小F=-kx,方向与小球的位移方向相反。

(2)分析图乙中竖直方向的弹簧振子的回复力的来源及大小特点;

提示:回复力由弹簧的弹力与重力的合力提供,大小F=-kx,方向与小球的位移方向相反。;(3)分别分析图丙中水平方向A与B整体、

A的回复力的来源及大小特点。

提示:A与B整体的回复力由弹簧的弹力

提供,大小F=-kx,方向与小球的位移方向相反;A的回复力由B对A的静摩擦力提供,大小F=-k′x,方向与小球的位移方向相反。;如图所示,水平面光滑,A、B两物体叠放在一起,A、B的质量分别为mA、mB,弹簧的劲度系数为k,使物体A、B振动,过程中A、B始终保持相对静止。试证明物体A的振动是简谐运动。;变式拓展1.对于【例1】中的物体A,下列给定的四幅图中能正确反映振动过程中其所受摩擦力Ff与振子相对平衡位置位移x关系的图像为;变式拓展2.假设【例1】中物体A、B质量分别为0.5kg

和1kg,弹簧劲度系数为100N/m,A、B间的动摩擦因

数为0.3,认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,要使A、

B一起振动(不发生相对滑动),取重力加速度大小g=10m/s2,弹簧始终在弹性限度内,则振动的最大振幅为

A.1.5cm B.3cm

C.4.5cm D.9cm;变式拓展3.通过【例1】的分析过程说明:简谐运动的回复力F=-kx中的“k”一定是弹簧的劲度系数吗?;1.回复力的理解

(1)意义:回复力等于振动物体在振动方向上所受的合力。

(2)来源:回复力可以由某一个力提供,也可以由某一个力的分力提供,也可以由几个力的合力提供。

注意:回复力是按照力的作用效果来命名的,分析物体的受力时,不分析回复力。;2.简谐运动回复力的特点

(1)表达式:F=-kx。

①大小:与振子的位移大小成正比;

②方向:“-”表示回复力与位移的方向相反,即回复力的方向总是指向平衡位置。

(2)比例系数k:由振动系统本身决定。

(3)简谐运动加速度的特点:根据牛顿第二定律得a=x,即做简谐运动物体的加速度大小也与位移大小成正比,方向与位移方向相反。;3.判断一个振动是否为简谐运动的方法

(1)运动学方法:对物体的位移分析,如果位移-时间表达式满足x=Asin(ωt+φ)或x-t图像满足正(余)弦规律,即可判断为简谐运动。

(2)动力学方法:对物体进行受力分析,物体所受的回复力满足F=-kx,即可判断为简谐运动。

(3)加速度方法:根据牛顿第二定律或运动学知识,求解物体的加速度,如果满足a=-k′x,即可判断为简谐运动。;知识点二简谐运动的能量;情境导学如图为水平弹簧振子,O点为平衡位置,B、

C点为两个最大位移处。

请分析振子经历B→O、O→C的过程中:

(1)振子在振动过程中位移、回复力、速度、加速度、动

能、势能都怎样变化?

提示:B→O(即靠近平衡位置)的过程中:振子的位移、回复力、加速度、势能均减小,速度、动能均增大;

O→C(即远离平衡位置)的过程中:振子的位移、回复力、加速度、势能均增大,速度、动能均减小。

(2)振子在振动过程中能量怎样转化?

提示:振子在振动过程中只有弹簧的弹力做功,动能与弹性势能相互转化,系统的机械能守恒。;教材梳理(阅读教材P44-P45完成下列填空)

1.简谐运动的能量转化:以水平弹簧振子为例。

(1)小球运动远离平衡位置时,势能会______;小球的速度减

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