高二物理简谐运动的回复力和能量(教师版).pdf

简谐运动的回复力和能量

一、教学目标

1.理解回复力的概念。

2.会用动力学的知识，分析简谐运动中位移、速度、回复力和加速度的变化规律。

3.会用能量守恒的观点，分析水平弹簧振子中动能、势能、总能量的变化规律。

二、知识讲解

1.简谐运动的回复力

(1)简谐运动的动力学定义：如果______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)回复力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向______，总是指向__________，它的作用是使振子能够

______平衡位置。

(3)表达式：__________，即回复力与物体的位移大小成正比，负号表明____________，k是常数。对于弹簧

振子，k为弹簧的__________。

2.简谐运动的能量

(1)振子的速度与动能：______不断变化，______也在不断变化。

(2)弹簧形变量与势能：弹簧形变量在______，因而势能也在______。

(3)简谐运动过程是一个动能和势能不断变化的过程，在任意时刻振动物体的总机械能不变。在平衡位置

处，动能_______，势能________；在最大位移处，势能________，动能______。振动的机械能与______有

关，振幅______，机械能就________。

(4)实际的运动都有一定的能量损耗，所以简谐运动是一种理想化的模型。

思考

1.正确理解回复力

(1)回复力是新命名的一种新力吗？它的命名方式与那个力的命名方式相同________(摩擦力或向心力)。

(2)有人说回复力只能由一个力提供，不可能由几个力的合力或者一个力的分力提供这种说法多吗？为

什么？

2.简谐运动中机械能的转化与守恒

1

(1）简谐运动过程中动能和势能不断地发生转化。在平衡位置时，动能最______，势能最______；在位移

最大时，势能最______，动能最______。在任意时刻动能和势能的总和__________(相等或不相等)。

(2)机械系统的机械能跟振幅有无关系？如果有，那是正相关还是负相关？

例题1

以下关于简谐运动的回复力，说法正确的是（）

A.回复力是简谐运动的物体受到的一种新的性质的力

B.回复力可能是一个力的分力，也可能是几个力的合力

C.回复力可以是方向不变而大小变化的力

D.回复力可以是方向变化而大小不变的力

E.回复力一定是变力

F.回复力为零的位置振动物体所受的合外力也必为零

G.回复力的大小必与振子的位移大小成正比

H.回复力必满足关系式

I.回复力的方向不一定总是指向平衡位置

【答案】BEGH

【解析】A．回复力不是一种特殊性质的力，故A错误；

B．回复力可以是一个力，也可以是几个力的合力，故B正确；

CDE．复力是大小和方向均发生变化的变力，故CD错误；E正确；

F．平衡位置是指回复力为零的位置，物体在该位置所受的合外力不一定为零．(如单摆摆到最低

点时，沿振动方向的合力为零，但在指向悬点方向上的合力却不等于零），故F错误；

GH．根据,振子所受的回复力大小与位移成正比,方向相反，故GH正确；

I．回复力是指振动物体所受的总是指向平衡位置的合外力，故I错误．

故选BEGH．

【标注】【知识点】简谐振动的能量问题；简谐运动的回复力

练习1

简谐运动的回复力（）

A.可以是恒力B.可以是方向不变而大小变化的力

C.可以是大小不变而方向改变的力D.一定是变力

2

【答案】D

【解析】由可知，由于位移的大小和方向在变化，因此回复力的大小和方向也在变化，

一定是变力．

故选D．

【标注】【知识点】简谐振动的能量问题；简谐运动的回复力

例题2

弹簧振子在光滑水平面上做简谐运动，在振子向平衡位置运动的过程中()

A.振子所受的回复力逐渐增大B.振子的位移逐渐增大

C.振子的速度逐