《高二物理人教选修34课件11.3简谐运动的回复力和能量1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理人教选修34课件11.3简谐运动的回复力和能量1（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第十一章 机械振动,11.3 简谐运动的回复力和能量,1.掌握简谐运动的动力学特征，明确回复力的概念. 2.知道简谐运动是一种没有能量损耗的理想情况. 3.理解简谐运动在一次全振动过程中，位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况.,学习目标定位,学习探究区,一、简谐运动的回复力,二、简谐运动的能量,三、简谐运动中各物理量变化情况,一、简谐运动的回复力,问题设计,图1为弹簧振子的模型，请分析振子在运动过程中所受的合力方向有什么特点？合力的作用效果是什么？,图1,要点提炼,1.回复力 (1)回复力的方向总是指向 ， 的位置就是平衡位置. (2)回复力的性质 回复力是根据力的效果命名的，它
2、可以是一个力，也可以是多个力的合力，还可以由某个力的分力提供.例如：,一、简谐运动的回复力,平衡位置,回复力为零,一、简谐运动的回复力,如图2甲所示，水平方向的弹簧振子， 充当回复力；如图乙所示，竖直方向的弹簧振子， 充当回复力；如图丙所示，m随M一起振动，m的回复力是 .,图2,弹力,弹力和重力的合力,静摩擦力,一、简谐运动的回复力,(3)回复力的作用 总是把物体拉回到平衡位置. 2.简谐运动的动力学特征：回复力F . (1)k是比例系数，并非弹簧的劲度系数(水平弹簧振子中k为弹簧的劲度系数).其值由振动系统决定，与振幅无关.,kx,一、简谐运动的回复力,(2)“”号表示回复力的方向与偏离平
3、衡位置的位移的方向 . (3)判断一个物体是否做简谐运动，可找出回复力F与位移x之间的关系，若满足F ，则物体做简谐运动，否则就不是简谐运动.,相反,kx,一、简谐运动的回复力,做简谐运动的物体，在运动的过程中，加速度是如何变化的？ 答案加速度a ，故加速度随位移的变化而变化(简谐运动是一种变加速的往复运动)，其大小与位移x成正比，方向总与位移方向相反.,延伸思考,二、简谐运动的能量,问题设计,如图3所示为水平弹簧振子，振子在A、B之间往复运动，(1)弹性势能最大的位置是 (A、O或B)，动能最大的位置是 (A、O或B).,图3,A、B,O,二、简谐运动的能量,(2)在一个周期内的能量是如何变
4、化的？,答案从AO的过程中，动能增大，势能减小；从OB，动能减小，势能增大；从BO，动能增大，势能减小；从OA，动能减小，势能增大；在平衡位置，动能最大，势能为零；在最大位移处，动能为零，势能最大.在一个周期内，动能和势能大小做两次周期性变化.,要点提炼,1.不考虑阻力，水平弹簧振子振动过程中只有 做功，在任意时刻的动能与势能之和 ，即机械能守恒. 2.简谐运动的机械能由 决定，振幅越 ，振动的能量越大.只要没有能量损耗，简谐运动的振幅保持 ，它将永不停息地振动下去，因此简谐运动又称为等幅振动.,二、简谐运动的能量,弹力,不变,振幅,大,不变,3.简谐运动中动能和势能的周期性变化 在一个振动周
5、期内，动能和势能间完成 次周期性变化，经过平衡位置时动能最 ，势能最 ；经过最大位移处时，势能最 ，动能最 .,二、简谐运动的能量,大,两,小,大,小,三、简谐运动中各物理量变化情况,如图3所示，作为一个振动系统，弹簧振子的势能与弹簧的伸长量有关，动能与小球的速度有关.请在下表中补充完整弹簧振子在各位置的能量变化.某量取最大值、最小值用文字表示，某量为零用数字0表示，增加和减少分别用斜向上的箭头和斜向下的箭头表示.,三、简谐运动及其图象,最大,0,最大,一、简谐运动的回复力,典例精析,例1如图4所示，弹簧振子在光滑水平 杆上的A、B之间做往复运动，O为平衡 位置，下列说法正确的是() A.弹簧
6、振子运动过程中受重力、支持力和弹簧弹力的作用 B.弹簧振子运动过程中受重力、支持力、弹簧弹力和回复力作用 C.振子由A向O运动过程中，回复力逐渐增大 D.振子由O向B运动过程中，回复力的方向指向平衡位置,图4,一、简谐运动的回复力,典例精析,解析回复力是根据效果命名的力，不是做简谐运动的物体受到的具体的力，它是由物体受到的具体的力所提供的，在题图情景中弹簧的弹力充当回复力.故A正确，B错误； 回复力与位移的大小成正比，由A向O运动过程中位移的大小在减小，故此过程中回复力逐渐减小，C错误； 回复力总是指向平衡位置，故D正确. 答案AD,一、简谐运动的回复力,典例精析,例2如图5所示，质量为m的物
7、体A放置在 质量为M的物体B上，B与弹簧相连，它们 一起在光滑水平面上做简谐运动，振动过 程中A、B之间无相对运动，设弹簧的劲度 系数为k，当物体离开平衡位置的位移为x时，A、B间摩擦力的大小等于() A.0 B.kxC. kx D. kx,图5,一、简谐运动的回复力,典例精析,解析当物体离开平衡位置的位移为x时，弹簧弹力的大小为kx，以整体为研究对象，此时A与B具有相同的加速度，根据牛顿第二定律得kx(mM)a，故a . 以A为研究对象，使A产生加速度的力即为B对A的静摩擦力F，由牛顿第二定律可得Fma kx.故正确答案为D. 答案D,二、简谐运动的能量,典例精析,例3如图6所示，一水平弹簧
8、振子 在A、B间做简谐运动，平衡位置 为O，已知振子的质量为M. (1)简谐运动的能量取决于 ，振子振动时动能和 能相互转化，总机械能 .,图6,解析简谐运动的能量取决于振幅，振子振动时动能和弹性势能相互转化，总机械能守恒.,振幅,弹性势,守恒,二、简谐运动的能量,典例精析,(2)振子在振动过程中，下列说法中正确的是() A.振子在平衡位置，动能最大，势能最小 B.振子在最大位移处，势能最大，动能最小 C.振子在向平衡位置运动时，由于振子振幅减小，故总机械能减小 D.在任意时刻，动能与势能之和保持不变,二、简谐运动的能量,典例精析,解析振子在平衡位置两侧往复运动，在最大位移处速度为零，动能为零
9、，此时弹簧的形变最大，势能最大，所以B正确； 在任意时刻只有弹簧的弹力做功，所以机械能守恒，D正确； 到平衡位置处速度达到最大，动能最大，势能最小，所以A正确； 振幅的大小与振子的位置无关，所以C错误. 答案ABD,二、简谐运动的能量,典例精析,(3)若振子运动到B处时将一质量为m的物体放到M的上面，且m和M无相对滑动而一起运动，下列说法正确的是() A.振幅不变 B.振幅减小 C.最大动能不变 D.最大动能减小,二、简谐运动的能量,典例精析,解析振子运动到B点时速度恰为零，此时放上m，系统的总能量即为此时弹簧储存的弹性势能，由于简谐运动中机械能守恒，所以振幅保持不变.因此选项A正确，B错误.
10、 由于机械能守恒，最大动能不变，所以选项C正确，D错误. 答案AC,典例精析,三、简谐运动中各物理量的变化情况,例4如图7所示是某一质点做简谐运动的 振动图象，下列说法正确的是() A.在第1 s内，质点速度逐渐增大 B.在第1 s内，质点加速度逐渐增大 C.在第1 s内，质点的回复力逐渐增大 D.在第4 s内，质点的动能逐渐增大 E.在第4 s内，质点的势能逐渐增大 F.在第4 s内质点的机械能逐渐增大,图7,典例精析,三、简谐运动中各物理量的变化情况,解析在第1 s内，质点由平衡位置向正向最大位移处运动，速度减小，位移增大，回复力和加速度都增大； 在第4 s内，质点由负向最大位移处向平衡位
11、置运动，速度增大，位移减小，动能增大，势能减小，但机械能守恒. 答案BCD,课堂要点小结,自我检测区,1,2,3,1,2,3,1.(简谐运动的回复力)如图8所示，弹簧振 子B上放一个物块A，在A与B一起做简谐 运动的过程中，下列关于A受力的说法中 正确的是() A.物块A受重力、支持力及弹簧对它的恒定的弹力 B.物块A受重力、支持力及弹簧对它的大小和方向都随时间变化的弹力,图8,1,2,3,C.物块A受重力、支持力及B对它的恒定的摩擦力 D.物块A受重力、支持力及B对它的大小和方向都随时间变化的摩擦力,解析物块A受到重力、支持力和摩擦力的作用.摩擦力提供A做简谐运动所需的回复力，其大小和方向都
12、随时间变化，D选项正确.,答案D,1,2,3,2.(简谐运动的能量)一个做简谐运动的物体，每次势能相同时，下列说法中正确的是() A.有相同的动能 B.有相同的位移 C.有相同的加速度 D.有相同的速度,解析做简谐运动的物体机械能守恒，当势能相同时，动能一定相同，A正确； 当势能相同时，物体位移的大小相同，但方向无法确定，同理加速度及速度的方向关系也无法确定，故B、C、D错误.,A,1,2,3,3.(简谐运动的各物理量变化情况)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9所示，下列结论正确的是(),图9,1,2,3,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，振动的能量不断增加,1,2,3,解析小球在平衡位置时动能最大，加速度为零，因此A选项正确. 小球靠近平衡位置时，回复力做正功；远离平衡位置时，回复力做负功.振动过程中总能量不变，因此B、C、D选项不正确. 答案A,
