人教版高中物理課件第十一章機(jī)械振動(dòng)11.3簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量1

1、11.3 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo) 1.知道振幅越大，振動(dòng)的能量(總機(jī)械能)越大；2.對(duì)單擺，應(yīng)能根據(jù)機(jī)械能守恒定律進(jìn)行定量計(jì)算；3.對(duì)水平的彈簧振子，應(yīng)能定量地說明彈性勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化；4.知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力特點(diǎn)及回復(fù)力的來源。5.知道在什么情況下可以把實(shí)際發(fā)生的振動(dòng)看作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。 二、能力目標(biāo)二、能力目標(biāo) 1.分析單擺和彈簧振子振動(dòng)過程中能量的轉(zhuǎn)化情況，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。2.通過阻尼振動(dòng)的實(shí)例分析，提高處理實(shí)際問題的能力。 三、德育目標(biāo)三、德育目標(biāo) 1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過程中能量的相互轉(zhuǎn)化情況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行物質(zhì)世界遵循對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律觀點(diǎn)的滲透。 2

2、.振動(dòng)有多種不同類型說明各種運(yùn)動(dòng)形式都是普遍性下的特殊性的具體體現(xiàn)。 【教學(xué)重點(diǎn)】【教學(xué)重點(diǎn)】 1.對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中能量轉(zhuǎn)化和守恒的具體分析。 2.什么是阻尼振動(dòng)。 【教學(xué)難點(diǎn)】【教學(xué)難點(diǎn)】 關(guān)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中能量的轉(zhuǎn)化。一、機(jī)械振動(dòng)一、機(jī)械振動(dòng) 1.定義定義:物體在平衡位置附近所做的往復(fù)物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng). 2.特點(diǎn)特點(diǎn): 對(duì)稱性對(duì)稱性; 周期性周期性.二、彈簧振子模型二、彈簧振子模型 1.小球看成質(zhì)點(diǎn)小球看成質(zhì)點(diǎn); 2.忽略彈簧質(zhì)量忽略彈簧質(zhì)量; 3.忽略阻忽略阻力力.三、振動(dòng)圖像三、振動(dòng)圖像(x-t圖象圖象) 橫坐標(biāo)橫坐標(biāo)t時(shí)間時(shí)間;縱坐標(biāo)縱坐標(biāo)x偏離平衡位置的位移偏離平衡位置

3、的位移.位移位移x:總是從平衡位置指向振子位置總是從平衡位置指向振子位置.4、特征值法、特征值法:振幅振幅; 周期周期、頻率頻率; 相位相位. 強(qiáng)弱；強(qiáng)弱； 快慢快慢; 步調(diào)步調(diào). 四、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述四、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述 1、定義法、定義法:位移隨時(shí)間按正弦規(guī)律位移隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化變化.3、圖象法圖象法: :是正弦曲線是正弦曲線. .)sin(tax2、公式法：、公式法：思考思考1:彈簧振子為什么會(huì)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)彈簧振子為什么會(huì)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)?答答:1.存在力存在力; 慣性慣性.思考思考2:這個(gè)力有什么特點(diǎn)這個(gè)力有什么特點(diǎn)?2.總是指向平衡位置總是指向平衡位置.1.定義定義:振動(dòng)物體受到的振動(dòng)物體受

4、到的總是指向平衡位置總是指向平衡位置的力的力. 一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力回復(fù)力是回復(fù)力是按力的按力的作用效果作用效果命名的命名的.2.來源來源:物體在振動(dòng)方向上的物體在振動(dòng)方向上的合力合力.3.公式公式:“-” 表示回復(fù)力方向始終與位移方向相反表示回復(fù)力方向始終與位移方向相反.(胡克定律胡克定律)k -彈簧的勁度系數(shù)彈簧的勁度系數(shù)(常量常量)x -振子離開平衡位置的位移振子離開平衡位置的位移,簡(jiǎn)稱位移簡(jiǎn)稱位移, 方向總是背離平衡位置方向總是背離平衡位置.(1)大小大小: 一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力(2)方向方向: 總是指向平衡位置總是指向平衡位置. 如果質(zhì)點(diǎn)所受的

5、如果質(zhì)點(diǎn)所受的回復(fù)力與回復(fù)力與它偏離平衡位置的它偏離平衡位置的位移大小成正比位移大小成正比，并且總是指向平衡位置，并且總是指向平衡位置 (即與即與位移位移方向相反方向相反),質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).即即回復(fù)力滿足回復(fù)力滿足f= -kx 的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng). 注意：注意： 對(duì)一般的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)對(duì)一般的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),由于回復(fù)力不一由于回復(fù)力不一定是彈簧的彈力定是彈簧的彈力,所以所以k不一定是勁度系數(shù)而不一定是勁度系數(shù)而是回復(fù)力與位移的比例系數(shù)是回復(fù)力與位移的比例系數(shù). 一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力4.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)mkxa5.簡(jiǎn)

6、諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn) 一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力 如圖所示，某一時(shí)刻彈簧振子的小球運(yùn)動(dòng)到如圖所示，某一時(shí)刻彈簧振子的小球運(yùn)動(dòng)到平衡位置右側(cè)，距平衡位置平衡位置右側(cè)，距平衡位置0點(diǎn)點(diǎn)3cm處的處的b點(diǎn)，已點(diǎn)，已知小球的質(zhì)量為知小球的質(zhì)量為1kg，小球離開平衡位置的最大，小球離開平衡位置的最大距離為距離為5cm，彈簧的勁度系數(shù)為，彈簧的勁度系數(shù)為200n/m，求：，求：(1)最大回復(fù)力的大小是多少？最大回復(fù)力的大小是多少？(2)在在b點(diǎn)時(shí)小球受到的回復(fù)力的大小和方向？點(diǎn)時(shí)小球受到的回復(fù)力的大小和方向？(3)此時(shí)小球的加速度大小和方向？此時(shí)小球的加速度大小和方向？(4

7、)小球的運(yùn)動(dòng)方向怎樣？小球的運(yùn)動(dòng)方向怎樣？思考思考o(jì)b bbo o cc o oob位移位移x大小 方向 回復(fù)力回復(fù)力f大小 方向 加速度加速度a大小 oc最大最大向右向右向左向左向右向右最大最大向左向左最大最大向右向右0減小減小增大增大減小減小向左向左減小減小減小減小增大增大向右向右向右向右向右向右000最大最大向右向右增大增大增大增大向左向左向右向右增大增大向左向左減小減小向右向右最大最大向右向右最大最大向左向左最大最大向左向左0減小減小向右向右減小減小減小減小向左向左向左向左增大增大向左向左000最大最大向左向左增大增大增大增大向右向右向左向左振振物理量物理量變變化化規(guī)規(guī)律律子子位位置置

8、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中振子的受力及運(yùn)動(dòng)情況分析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中振子的受力及運(yùn)動(dòng)情況分析(1)當(dāng)物體從最大位移處向平衡位置當(dāng)物體從最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于v與與a的方向一致，的方向一致，物體做加速度越來越小的加速運(yùn)動(dòng)物體做加速度越來越小的加速運(yùn)動(dòng)。(2)當(dāng)物體從平衡位置向最大位移處當(dāng)物體從平衡位置向最大位移處運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于v與與a的方向相反，的方向相反，物體做加速度越來越大的減速運(yùn)動(dòng)物體做加速度越來越大的減速運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的加速度大小和方向都隨時(shí)間簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的加速度大小和方向都隨時(shí)間做周期性的變化，所以做周期性的變化，所以 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是變加速運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是變加速運(yùn)動(dòng). .思考：在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)

9、過程中，振子能量變化情況如何思考：在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過程中，振子能量變化情況如何? aa o o bb o ooa動(dòng)能動(dòng)能勢(shì)能勢(shì)能總能總能ob振振物理量物理量變變化化規(guī)規(guī)律律子子位位置置二二. .簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量思考：在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過程中，振子能量變化情況如何？思考：在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過程中，振子能量變化情況如何？ aa o o bb o ooa動(dòng)能動(dòng)能0增大增大最最大大減小減小0增增大大最最大大減小減小勢(shì)能勢(shì)能最最大大減小減小0增大增大最最大大減減小小0增大增大總能總能不變不變ob振振物理量物理量變變化化規(guī)規(guī)律律子子位位置置二二. .簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量由勁度系數(shù)和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能

10、量由勁度系數(shù)和振幅決定振幅決定.勁度系數(shù)越大勁度系數(shù)越大,振幅振幅越大，振動(dòng)的能量越大越大，振動(dòng)的能量越大. 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能和勢(shì)能在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能和勢(shì)能在發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變，即量保持不變，即機(jī)械能守恒機(jī)械能守恒. 一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力f=-kx1.回復(fù)力回復(fù)力:振動(dòng)物體受到的總是指向平衡位置的力振動(dòng)物體受到的總是指向平衡位置的力. .是物體在振動(dòng)方向上的合外力是物體在振動(dòng)方向上的合外力.mkxa二二. .簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能和勢(shì)能在發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能和勢(shì)能在發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變，

11、即機(jī)械能的總量保持不變，即機(jī)械能守恒機(jī)械能守恒.2.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)：判斷物體是否做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的方法判斷物體是否做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的方法：(1)運(yùn)動(dòng)學(xué)法：振動(dòng)圖像運(yùn)動(dòng)學(xué)法：振動(dòng)圖像;(2)動(dòng)力學(xué)法：動(dòng)力學(xué)法：f=- - kx.思考題：思考題： 豎直方向振動(dòng)的彈簧振子豎直方向振動(dòng)的彈簧振子所做的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)嗎所做的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)嗎?證明證明:豎直懸掛的彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)豎直懸掛的彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)證明步驟：證明步驟：1.找平衡位置找平衡位置0;2.找回復(fù)力找回復(fù)力f ;3.找找f、x大小關(guān)系大小關(guān)系;4.找找f、x方向關(guān)系方向關(guān)系.證明證明:平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)

12、時(shí)有時(shí)有: mg=-kx0當(dāng)當(dāng)向下拉動(dòng)向下拉動(dòng)x長(zhǎng)度時(shí)彈簧所受的長(zhǎng)度時(shí)彈簧所受的合外力為合外力為f=-k(x+x0)+mg =-kx-kx0+mg =-kx(符合簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式符合簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式)例例1:做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)位移為負(fù)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)位移為負(fù)值時(shí)，以下說法正確的是值時(shí)，以下說法正確的是 （ ）a.速度一定為正值，加速度一定為正值速度一定為正值，加速度一定為正值b.速度不一定為正值速度不一定為正值,但加速度一定為正但加速度一定為正值值c.速度一定為負(fù)值速度一定為負(fù)值,加速度一定為正值加速度一定為正值d.速度不一定為負(fù)值速度不一定為負(fù)值,加速度一定為負(fù)值加速度一定為負(fù)值b例例2:

13、在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中,振子每次經(jīng)過同振子每次經(jīng)過同一位置時(shí)一位置時(shí),下列各組中描述振動(dòng)的下列各組中描述振動(dòng)的物理量總是相同的是物理量總是相同的是 （ ） a速度、加速度、動(dòng)能速度、加速度、動(dòng)能 b加速度、回復(fù)力和位移加速度、回復(fù)力和位移 c加速度、動(dòng)能和位移加速度、動(dòng)能和位移 d位移、動(dòng)能、回復(fù)力位移、動(dòng)能、回復(fù)力bcd例例3:當(dāng)一彈簧振子在豎直方向上做簡(jiǎn)諧當(dāng)一彈簧振子在豎直方向上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說法正確的（運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說法正確的（ ） a振子在振動(dòng)過程中，速度相同時(shí)，彈簧振子在振動(dòng)過程中，速度相同時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度一定相等的長(zhǎng)度一定相等b振子從最低點(diǎn)向平衡位置運(yùn)動(dòng)過程中，振子從最低點(diǎn)向平衡

14、位置運(yùn)動(dòng)過程中，彈簧彈力始終做負(fù)功彈簧彈力始終做負(fù)功c振子在振動(dòng)過程中的回復(fù)力由彈簧的彈振子在振動(dòng)過程中的回復(fù)力由彈簧的彈力和振子的重力的合力提供力和振子的重力的合力提供d振子在振動(dòng)過程中，系統(tǒng)的機(jī)械能一定振子在振動(dòng)過程中，系統(tǒng)的機(jī)械能一定守恒守恒cd例例4:關(guān)關(guān)于彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量于彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，下列說法正確的有，下列說法正確的有 （ ）a等于在平衡位置時(shí)振子的動(dòng)能等于在平衡位置時(shí)振子的動(dòng)能 b等于在最大位移時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能等于在最大位移時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能 c等于任意時(shí)刻振子動(dòng)能與彈簧彈性等于任意時(shí)刻振子動(dòng)能與彈簧彈性勢(shì)能之和勢(shì)能之和 d位移越大振動(dòng)能量也越大位移越大振動(dòng)

15、能量也越大 abc例例5:如圖是質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的圖像如圖是質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的圖像,由此可知由此可知:at=0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移、速度均為零時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移、速度均為零bt=1s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移為正向最大，速度時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移為正向最大，速度為零，加速度為負(fù)向最大為零，加速度為負(fù)向最大ct=2s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移為零，速度為負(fù)向時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移為零，速度為負(fù)向最大值，加速度為零最大值，加速度為零d質(zhì)點(diǎn)的振幅為質(zhì)點(diǎn)的振幅為5cm，周期為周期為2sbc練練1:作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它每次經(jīng)過同一位置時(shí)，一定相每次經(jīng)過同一位置時(shí)，一定相同的物理量是（同的物理量是（ ） a.速度速度 b.位移位移 c

16、.回復(fù)力回復(fù)力 d.加速度加速度bcd練練2:彈簧振子作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，以下說法彈簧振子作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，以下說法正確的是正確的是 ( ) a振子通過平衡位置時(shí)，回復(fù)力一定振子通過平衡位置時(shí)，回復(fù)力一定為零為零b振子做減速運(yùn)動(dòng)，加速度卻在增大振子做減速運(yùn)動(dòng)，加速度卻在增大c振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí),加速度方向加速度方向與速度方向相反與速度方向相反d振子遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)振子遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí),加速度方加速度方向與速度方向相反向與速度方向相反abd練練3:如圖所示如圖所示,是一彈簧振子是一彈簧振子,設(shè)向右方設(shè)向右方向?yàn)檎驗(yàn)檎?0為平衡位置，則為平衡位置，則 ( ) aa0位移為負(fù)值，速度為正值位移為負(fù)值，速度為正值b0b時(shí)時(shí),位移為正值位移為正值,加速度為負(fù)值加速度為負(fù)值cb0時(shí)時(shí),位移為負(fù)值位移為負(fù)值,速度為負(fù)值速度為負(fù)值d0a時(shí)時(shí),位移為負(fù)值位移為負(fù)值