2022年人教版高中物理选择性必修第一册同步课件第二章机械振动第3节简谐运动的回复力和能量.pptxVIP

第二章　机械振动;3．简谐运动的回复力和能量;课前预习反馈;目标体系构建;【学习目标】 1．初步形成回复力的概念，理解简谐运动的能量。 2．利用能量守恒研究弹簧振子，探究弹簧振子系统的机械能守恒。 3．养成观察、分析、比较、归纳的良好习惯，激发学生学习物理的积极性。;【思维脉络】;课前预习反馈 ;1．简谐运动的动力学定义 如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成______，并且总是指向__________，质点的运动就是简谐运动。 2．回复力;1．振动系统的状态与能量的关系 (1)振子的速度与动能：速度不断______，动能也在不断______。 (2)弹簧形变量与势能：弹簧形变量在不断______，因而势能也在不断______。 2．简谐振动的能量 振动系统的能量一般指振动系统的________。振动的过程就是______和______互相转化的过程。 (1)在最大位移处，______最大，______为零； (2)在平衡位置处，______最大，______最小；; (3)在简谐运动中，振动系统的机械能______(选填“守恒”或“减小”)，而在实际运动中都有一定的能量损耗，因此简谐运动是一种________的模型。 3．决定能量大小的因素 振动系统的机械能跟______有关，______越大，机械能就越大，振动越强。;思考辨析;『选一选』 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，动能最小，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，回复力先做正功，后做负功 D．小球从B到O的过程中，振动的能量不断减小;解析：振子经过平衡位置时，速度最大，位移为零，所以经过平衡位置动能最大，回复力为零，加速度为零，故A错误；在A、B位置时，速度为零，位移最大，回复力最大，加速度最大，故B错误；由于回复力指向平衡位置，所以振子从A经O到B的过程中，回复力先做正功，后做负功，故C正确；振子的动能和弹簧的势能相互转化，且总量保持不变，即振动的能量保持不变，故D错误。;『想一想』 弹簧下面挂一小钢球如图所示，它所受的力与位移的关系也满足F＝－kx吗？x为弹簧的形变量吗？它振动的回复力由哪些力提供？是简谐运动吗？;答案：满足；不是；由弹簧弹力和重力的合力提供；是 解析：设振子的平衡位置为O，向下为正方向，此时弹簧已伸长了x0 设弹簧的劲度系数为k，由平衡条件得kx0＝mg ① 当振子偏离平衡位置距离为x时 F回＝mg－k(x＋x0) ② 由①②得F回＝－kx， 所以该振动是简谐运动。;课内互动探究;探究;1．对回复力的理解 (1)回复力是指将振动物体拉回到平衡位置的力，它可以是物体所受的合外力，也可以是一个力或某一个力的分力，而不是一种新的性质力。 (2)简谐运动的回复力：F＝－kx。 ①k是比例系数，并非弹簧的劲度系数(水平弹簧振子中k等于弹簧的劲度系数)，其值由振动系统决定，与振幅无关。; ; (多选)如图所示，物体系在两弹簧之间，弹簧劲度系数分别为k1和k2，且k1＝k，k2＝2k，两弹簧均处于自然状态。现在向右拉动物体，然后释放，物体在B、C间振动，O为平衡位置(不计阻力)，设向右为正方向，物体相对O点的位移为x，则下列判断正确的是 (　　) A．物体做简谐运动，OC＝OB B．物体做简谐运动，OC≠OB C．物体所受合力F＝－kx D．物体所受合力F＝－3kx; 解析：物体的位移为x，则物体所受的合力F＝－k1x－k2x＝－(k2＋k1)x＝－3kx，D正确，C错误；可见物体做的是简谐运动，由简谐运动的对称性可得OC＝OB，A正确，B错误。 解题探究：(1)物体在运动过程中，受弹簧的弹力如何变化？方向有何关系？ (2)如何计算某一时刻物体所受合力？; 提示：(1)振动物体在水平方向受两弹簧的弹力，且两弹力大小要增大都增大，要减小都减小，其方向相同。 (2)先受力分析，然后结合胡克定律求得合力。;规律方法;1．(2021·山东省聊城高二检测)做简谐运动的物体，其加速度a随位移x的变化规律应是图中的哪一个(　　);探究;1．决定因素 对于一个确定的振动系统，简谐运动的能量由振幅决定，振幅越大，系统的能量越大。 2．能量获得 开始振动系统的能量是通过外力做功由其他形式的能转化来的。 3．能量转化 当振动系统自由振动后，如果不考虑阻力作用，系统只发生动能和势能的相互转化，系统能量不变。;4．理想化模型 a．从力的角度分析，简谐运动没考虑摩擦阻力。b.从能量转化角度分析，简谐运动没考虑因阻力做功的能量损耗。;