高中物理 第十一章 機械振動3簡諧運動的回復力和能量課件人教版選修343簡諧運動的回復力和能量.ppt

桃源三中顏金安 3簡諧運動的回復力和能量 第十一章機械振動 一 機械振動1 定義 物體在平衡位置附近所做的往復運動 2 特點 對稱性 周期性 二 彈簧振子模型1 小球看成質(zhì)點 2 忽略彈簧質(zhì)量 3 忽略阻力 三 振動圖像 x t圖象 橫坐標t 時間 縱坐標x 偏離平衡位置的位移 復習 簡諧運動及其描述 位移x 總是從平衡位置指向振子位置 4 特征值法 振幅 周期 頻率 相位 強弱 快慢 步調(diào) 四 簡諧運動的描述1 定義法 位移隨時間按正弦規(guī)律變化 3 圖象法 是正弦曲線 2 公式法 復習 簡諧運動及其描述 思考1 彈簧振子為什么會做往復運動 答 1 存在力 慣性 思考2 這個力有什么特點 2 總是指向平衡位置 1 定義 振動物體受到的總是指向平衡位置的力 一 簡諧運動的回復力 回復力是按力的作用效果命名的 2 來源 物體在振動方向上的合力 3 公式 表示回復力方向始終與位移方向相反 胡克定律 k 彈簧的勁度系數(shù) 常量 x 振子離開平衡位置的位移 簡稱位移 方向總是背離平衡位置 1 大小 一 簡諧運動的回復力 2 方向 總是指向平衡位置 如果質(zhì)點所受的回復力與它偏離平衡位置的位移大小成正比 并且總是指向平衡位置 即與位移方向相反 質(zhì)點的運動就是簡諧運動 即回復力滿足f kx的運動就是簡諧運動 注意 對一般的簡諧運動 由于回復力不一定是彈簧的彈力 所以k不一定是勁度系數(shù)而是回復力與位移的比例系數(shù) 一 簡諧運動的回復力 4 簡諧運動的動力學特點 5 簡諧運動的運動學特點 一 簡諧運動的回復力 如圖所示 某一時刻彈簧振子的小球運動到平衡位置右側(cè) 距平衡位置0點3cm處的b點 已知小球的質(zhì)量為1kg 小球離開平衡位置的最大距離為5cm 彈簧的勁度系數(shù)為200n m 求 1 最大回復力的大小是多少 2 在b點時小球受到的回復力的大小和方向 3 此時小球的加速度大小和方向 4 小球的運動方向怎樣 思考 6 簡諧運動中xfav的變化規(guī)律 o c 最大 向右 向左 向右 最大 向左 最大 向右 0 減小 增大 減小 向左 減小 減小 增大 向右 向右 向右 0 0 0 最大 向右 增大 增大 向左 向右 增大 向左 減小 向右 最大 向右 最大 向左 最大 向左 0 減小 向右 減小 減小 向左 向左 增大 向左 0 0 0 最大 向左 增大 增大 向右 向左 振 物理量 變 化 規(guī) 律 子 位 置 簡諧運動中振子的受力及運動情況分析 1 當物體從最大位移處向平衡位置運動時 由于v與a的方向一致 物體做加速度越來越小的加速運動 2 當物體從平衡位置向最大位移處運動時 由于v與a的方向相反 物體做加速度越來越大的減速運動 簡諧運動的加速度大小和方向都隨時間做周期性的變化 所以簡諧運動是變加速運動 思考 在簡諧運動過程中 振子能量變化情況如何 o b 振 物理量 變 化 規(guī) 律 子 位 置 二 簡諧運動的能量 二 簡諧運動的能量 思考 在簡諧運動過程中 振子能量變化情況如何 o b 振 物理量 變 化 規(guī) 律 子 位 置 二 簡諧運動的能量 簡諧運動的能量由勁度系數(shù)和振幅決定 勁度系數(shù)越大 振幅越大 振動的能量越大 簡諧運動中動能和勢能在發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 但機械能的總量保持不變 即機械能守恒 3簡諧運動的回復力和能量小結(jié) 一 簡諧運動的回復力 f kx 1 回復力 振動物體受到的總是指向平衡位置的力 是物體在振動方向上的合外力 二 簡諧運動的能量 簡諧運動中動能和勢能在發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 但機械能的總量保持不變 即機械能守恒 2 簡諧運動 動力學特點 運動學特點 判斷物體是否做簡諧運動的方法 1 運動學法 振動圖像 2 動力學法 f kx 思考題 豎直方向振動的彈簧振子所做的振動是簡諧運動嗎 證明 豎直懸掛的彈簧振子做簡諧運動 證明 豎直懸掛的彈簧振子做簡諧運動 證明步驟 1 找平衡位置0 2 找回復力f 3 找f x大小關(guān)系 4 找f x方向關(guān)系 證明 平衡狀態(tài)時有 mg kx0當向下拉動x長度時彈簧所受的合外力為f k x x0 mg kx kx0 mg kx 符合簡諧運動的公式 例1 做簡諧運動的物體 當位移為負值時 以下說法正確的是 a 速度一定為正值 加速度一定為正值b 速度不一定為正值 但加速度一定為正值c 速度一定為負值 加速度一定為正值d 速度不一定為負值 加速度一定為負值 b 例2 在簡諧運動中 振子每次經(jīng)過同一位置時 下列各組中描述振動的物理量總是相同的是 a 速度 加速度 動能b 加速度 回復力和位移c 加速度 動能和位移d 位移 動能 回復力 bcd 例3 當一彈簧振子在豎直方向上做簡諧運動時 下列說法正確的 a 振子在振動過程中 速度相同時 彈簧的長度一定相等b 振子從最低點向平衡位置運動過程中 彈簧彈力始終做負功c 振子在振動過程中的回復力由彈簧的彈力和振子的重力的合力提供d 振子在振動過程中 系統(tǒng)的機械能一定守恒 cd 例4 關(guān)于彈簧振子做簡諧運動時的能量 下列說法正確的有 a 等于在平衡位置時振子的動能b 等于在最大位移時彈簧的彈性勢能c 等于任意時刻振子動能與彈簧彈性勢能之和d 位移越大振動能量也越大 abc 例5 如圖是質(zhì)點做簡諧振動的圖像 由此可知 a t 0時 質(zhì)點的位移 速度均為零b t 1s時 質(zhì)點的位移為正向最大 速度為零 加速度為負向最大c t 2s時 質(zhì)點的位移為零 速度為負向最大值 加速度為零d 質(zhì)點的振幅為5cm 周期為2s bc 練1 作簡諧運動的物體 當它每次經(jīng)過同一位置時 一定相同的物理量是 a 速度b 位移c 回復力d 加速度 bcd 練2 彈簧振子作簡諧運動時 以下說法正確的是 a 振子通過平衡位置時 回復力一定為零b 振子做減速運動 加速度卻在增大c 振子向平衡位置運動時 加速度方向與速度方向相反d 振子遠離平衡位置運動時 加速度方向與速度方向相反 abd 練3 如圖所示 是一彈簧振子 設(shè)向右方向為正 0為平衡位置 則 a a 0位移為負值 速度為正值b 0 b時 位移為正值 加速度為負值c b 0時 位移為負值 速度為負值d 0 a時 位移為負值 加速度為正值 abd 練4 一個彈簧振子在