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1、第十一章机械振动第三节简谐运动的回复力和能量 人教版选修3 4 一 简谐运动的回复力 1 定义 2 特点 按力的作用效果命名 方向始终指向平衡位置 使振子回到平衡位置的力 3 回复力来源 振动方向上的合外力 如果质点所受的回复力与它偏离平衡位置的位移大小成正比 并且始终指向平衡位置 即与位移方向相反 质点的运动就是简谐运动 4 简谐运动的动力学特点 F回 kx 5 简谐运动的运动学特点 6 简谐运动中的各个物理量变化规律 O A 向左减小 向右增大 向右减小 动能增大势能减小 B 向右增大 向右减小 向左增大 动能减小势能增大 不变 向左最大 向右最大 0 0 向右最大 0 0 向右最大 向左
2、最大 动能最大势能为0 动能为0势能最大 动能为0势能最大 1 当物体从最大位移处向平衡位置运动时 由于v与a的方向一致 物体做加速度越来越小的加速运动 2 当物体从平衡位置向最大位移处运动时 由于v与a的方向相反 物体做加速度越来越大的减速运动 简谐运动的加速度大小和方向都随时间做周期性的变化 所以简谐运动是变加速运动 二 简谐运动的能量 简谐运动的能量与振幅有关 振幅越大 振动的能量越大 简谐运动中动能和势能在发生相互转化 但机械能的总量保持不变 即机械能守恒 判断物体是否做简谐运动的方法 1 根据物体的振动图像去判断 2 根据回复力的规律F kx去判断 思考题 竖直方向振动的弹簧振子所做
3、的振动是简谐运动吗 证明 竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动 证明步骤 1 找平衡位置2 找回复力3 找F kx4 找方向关系 证明 平衡状态时有 mg kx0当向下拉动x长度时弹簧所受的合外力为F k x x0 mg kx kx0 mg kx 符合简谐运动的公式 练习1 做简谐运动的物体 当位移为负值时 以下说法正确的是 A 速度一定为正值 加速度一定为正值B 速度不一定为正值 但加速度一定为正值C 速度一定为负值 加速度一定为正值D 速度不一定为负值 加速度一定为负值 B 2 在简谐运动中 振子每次经过同一位置时 下列各组中描述振动的物理量总是相同的是 A 速度 加速度 动能B 加速度 回复力和
4、位移C 加速度 动能和位移D 位移 动能 回复力 BCD 3 当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时 下列说法正确的 A 振子在振动过程中 速度相同时 弹簧的长度一定相等B 振子从最低点向平衡位置运动过程中 弹簧弹力始终做负功C 振子在振动过程中的回复力由弹簧的弹力和振子的重力的合力提供D 振子在振动过程中 系统的机械能一定守恒 CD 4 关于弹簧振子做简谐运动时的能量 下列说法正确的有 A 等于在平衡位置时振子的动能B 等于在最大位移时弹簧的弹性势能C 等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和D 位移越大振动能量也越大 ABC 5 如图是质点做简谐振动的图像 由此可知 A t 0时 质点的位移
5、速度均为零B t 1s时 质点的位移为正向最大 速度为零 加速度为负向最大C t 2s时 质点的位移为零 速度为负向最大值 加速度为零D 质点的振幅为5cm 周期为2s BC 6 弹簧振子作简谐运动时 以下说法正确的是 A 振子通过平衡位置时 回复力一定为零B 振子做减速运动 加速度却在增大C 振子向平衡位置运动时 加速度方向与速度方向相反D 振子远离平衡位置运动时 加速度方向与速度方向相反 8 一个弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动 其中有两个时刻弹簧振子的弹力大小相等 但方向相反 则这两个时刻振子的A 速度一定大小相等 方向相反B 加速度一定大小相等 方向相反C 位移一定大小相等 但方向不一定相反D 以上三项都不一定大小相等方向相反 ABD ABD B
