【優(yōu)化方案】高中物理 第11章 第三節(jié)簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量課件 新人教選修34

第三節(jié)簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量課前自主學(xué)案核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練課標(biāo)定位知能優(yōu)化訓(xùn)練

第三節(jié)簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.掌握簡諧運(yùn)動(dòng)中位移、速度、回復(fù)力和加速度的變化規(guī)律．2．掌握簡諧運(yùn)動(dòng)中回復(fù)力的特點(diǎn)．3．對(duì)水平彈簧振子，能定量的說明彈性勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化．重點(diǎn)難點(diǎn)：1.從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度區(qū)分簡諧運(yùn)動(dòng)中位移、速度、加速度和能量的變化規(guī)律．2．簡諧運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能的守恒及守恒條件．課前自主學(xué)案一、簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力1．回復(fù)力(1)命名：回復(fù)力是根據(jù)力的__________

(選填“性質(zhì)”或“效果”)命名的．(2)效果：把物體拉回到____________．(3)方向：總是與位移x的方向相反，即總是指向_______________．效果平衡位置平衡位置(4)表達(dá)式：F＝__________.即回復(fù)力與物體的位移大小成___________，“－”表明回復(fù)力與位移方向始終_________，k是一個(gè)常數(shù)，由簡諧運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)決定．2．簡諧運(yùn)動(dòng)如果質(zhì)點(diǎn)所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成_________，并且總是指向_________，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡諧運(yùn)動(dòng)．－kx正比相反正比平衡位置二、簡諧運(yùn)動(dòng)的能量1．簡諧運(yùn)動(dòng)的能量：指振動(dòng)系統(tǒng)的__________，振動(dòng)的過程就是_____能和______能互相轉(zhuǎn)化的過程．(1)在最大位移處，_____能最大，_____能為零；(2)在平衡位置處，_____能最大，_____能最小．機(jī)械能動(dòng)勢(shì)勢(shì)動(dòng)動(dòng)勢(shì)2．決定能量大小的因素振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能跟______有關(guān)，______越大，機(jī)械能就越大，振動(dòng)越強(qiáng)．在簡諧運(yùn)動(dòng)中，振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能_________，所以簡諧運(yùn)動(dòng)是等幅振動(dòng)．振幅振幅守恒核心要點(diǎn)突破一、對(duì)回復(fù)力的理解1．回復(fù)力是指將振動(dòng)的物體拉回到平衡位置的力，是按照力的作用效果來命名的，分析物體的受力時(shí)，不分析回復(fù)力．2．回復(fù)力可以由某一個(gè)力提供(如彈力、摩擦力等)，也可能是幾個(gè)力的合力，還可能是某一力的分力，歸納起來回復(fù)力一定等于物體在振動(dòng)方向上所受的合力．3．簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力：F＝－kx.(1)由F＝－kx知，簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力大小與振子的位移大小成正比，回復(fù)力的方向與位移的方向相反，即回復(fù)力的方向總是指向平衡位置．(2)公式F＝－kx中的k指的是回復(fù)力與位移間的比例系數(shù)，而不一定是彈簧的勁度系數(shù)，系數(shù)k由振動(dòng)系統(tǒng)自身決定．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，，小試牛刀刀)1.如圖11－3－1所示，對(duì)做做簡諧運(yùn)動(dòng)動(dòng)的彈簧振振子m的受力分析析，正確的的是()A．重力、支支持力、彈彈簧的彈力力B．重力、支支持力、彈彈簧的彈力力、回復(fù)力力C．重力、支支持力、回回復(fù)力、摩摩擦力D．重力、支支持力、摩摩擦力圖11－3－1解析：選A.回復(fù)力不是是做簡諧運(yùn)運(yùn)動(dòng)物體受受到的具體體的力，它它由物體受受到的具體體的力所提提供．在此此情景中彈彈簧的彈力力充當(dāng)回復(fù)復(fù)力，因此此只有選項(xiàng)項(xiàng)A正確二、簡諧運(yùn)運(yùn)動(dòng)中各物物理量的變變化規(guī)律振子以O(shè)為平衡位置置在AB之間做簡諧諧運(yùn)動(dòng)，各各物理量的的變化規(guī)律律為：特別提醒：：(1)簡諧運(yùn)動(dòng)中中在最大位位移處，x、F、a、Ep最大，v＝0，Ek＝0；在平衡位位置處，x＝0，F(xiàn)＝0，a＝0，Ep最小，v、Ek最大．(2)簡諧運(yùn)動(dòng)中中振動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)的動(dòng)能和和勢(shì)能相互互轉(zhuǎn)化，機(jī)機(jī)械能的總總量不變，，即機(jī)械能能守恒．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，，小試牛刀刀)2．彈簧振子子在光滑水水平面內(nèi)做做簡諧運(yùn)動(dòng)動(dòng)的過程中中，下列說說法正確的的是()A．在平衡位位置時(shí)它的的機(jī)械能最最大B．在最大位位移處它的的彈性勢(shì)能能最大C．從平衡位位置到最大大位移處它它的動(dòng)能減減小D．從最大位位移到平衡衡位置處它它的機(jī)械能能減小解析：選BC.簡諧運(yùn)動(dòng)過過程中機(jī)械械能守恒，，因此選項(xiàng)項(xiàng)A、D錯(cuò)誤；在最最大位移處處，彈簧形形變量最大大，因此彈彈性勢(shì)能最最大，選項(xiàng)項(xiàng)B正確；從平平衡位置到到最大位移移處，x↑→v↓→Ek↓，選項(xiàng)C正確.課堂互動(dòng)講練類型一理解簡諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征一質(zhì)量為m的小球．通通過一根輕輕質(zhì)彈簧懸懸掛在天花花板上，如如圖11－3－2所示，(1)小球在振動(dòng)動(dòng)過程中的的回復(fù)力實(shí)實(shí)際上是________________________________________________________________________.(2)該小球的振振動(dòng)是否為為簡諧運(yùn)動(dòng)動(dòng)？例1圖11－3－2(3)在小球向平平衡位置運(yùn)運(yùn)動(dòng)的過程程中()A．小球所受受的回復(fù)力力逐漸增大大B．小球的位位移逐漸增增大C．小球的速速度逐漸減減小D．小小球球的的加加速速度度逐逐漸漸減減小小【思路路點(diǎn)點(diǎn)撥撥】(1)分析析小小球球的的受受力力情情況況可可知知回回復(fù)復(fù)力力來來源源．．(2)證明明回回復(fù)復(fù)力力與與位位移移是是否否滿滿足足F回＝－－kx的關(guān)關(guān)系系．．(3)先判判斷斷位位移移x的變變化化，，再再判判斷斷回回復(fù)復(fù)力力及及加加速速度度的的變變化化．．【自主主解解答答】(1)此振振動(dòng)動(dòng)過過程程的的回回復(fù)復(fù)力力實(shí)實(shí)際際上上是是彈彈簧簧的的彈彈力力與與重重力力的的合合力力．．(2)設(shè)小小球球的的平平衡衡位位置置為為O，向向下下方方向向?yàn)闉檎椒较蛳?，，此此時(shí)時(shí)彈彈簧簧已已經(jīng)經(jīng)有有了了一一個(gè)個(gè)伸伸長長量量h，設(shè)設(shè)彈彈簧簧的的勁勁度度系系數(shù)數(shù)為為k，由由平平衡衡條條件件得得kh＝mg①當(dāng)小小球球向向下下偏偏離離平平衡衡位位置置的的距距離離為為x時(shí)，，回回復(fù)復(fù)力力即即合合外外力力為為F回＝mg－k(x＋h)②將①①代代入入②②式式得得：：F回＝－－kx，可可見見小小球球所所受受合合外外力力與與它它的的位位移移的的關(guān)關(guān)系系符符合合簡簡諧諧運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的受受力力特特點(diǎn)點(diǎn)，，該該小小球球的的振振動(dòng)動(dòng)是是簡簡諧諧運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)．．(3)振動(dòng)動(dòng)中中的的位位移移指指由由平平衡衡位位置置指指向向振振動(dòng)動(dòng)物物體體所所在在位位置置的的有有向向線線段段，，因因而而小小球球向向平平衡衡位位置置運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)位位移移逐逐漸漸減減小小，，B錯(cuò)；；而而回回復(fù)復(fù)力力與與位位移移成成正正比比，，故故回回復(fù)復(fù)力力也也減減小小，，A錯(cuò)；；由由牛牛頓頓第第二二定定律律a＝F回/m得，，加加速速度度也也減減小小，，D對(duì)；；小小球球向向著著平平衡衡位位置置運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，，回回復(fù)復(fù)力力與與速速度度方方向向一一致致，，故故小小球球的的速速度度逐逐漸漸增增大大，，C錯(cuò)．．【答案案】(1)彈簧簧的的彈彈力力與與重重力力的的合合力力(2)是簡簡諧諧運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)(3)D【方法法總總結(jié)結(jié)】分析析簡簡諧諧運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，，首首先先要要弄弄清清回回復(fù)復(fù)力力是是由由哪哪些些力力提提供供，，回回復(fù)復(fù)力力與與位位移移應(yīng)應(yīng)滿滿足足：：F回＝－－kx，此此類類題題目目往往往往與與牛牛頓頓第第二二定定律律及及運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)學(xué)學(xué)相相結(jié)結(jié)合合，，判判斷斷F回、a、x、v的變化．變式訓(xùn)練1如圖11－3－3所示，物體m系在兩彈簧之之間，彈簧勁勁度系數(shù)分別別為k1和k2，且k1＝k，k2＝2k，兩彈簧均處處于自然狀態(tài)態(tài)，今向右拉拉動(dòng)m，然后釋放，，物體在B、C間振動(dòng)，O為平衡位置(不計(jì)阻力)，則下列判斷斷正確的是()A．m做簡諧運(yùn)動(dòng)，，OC＝OBB．m做簡諧運(yùn)動(dòng)，，OC≠OBC．回復(fù)力F＝－kxD．回復(fù)力F＝－3kx圖11－3－3解析：選AD.設(shè)m在平衡位置O處，兩彈簧均均處于原長狀狀態(tài)，則m振動(dòng)后任取一一位置A，如圖．設(shè)在在A處m的位移為x，則在A處m所在水平方向向的合力F＝k2x＋k1x＝(k2＋k1)x，考慮到F與x的方向關(guān)系有有：F＝－(k2＋k1)x＝－3kx，選項(xiàng)D正確，C錯(cuò)誤；可見m做的是簡諧運(yùn)運(yùn)動(dòng)，由簡諧諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱稱性可得OC＝OB，選項(xiàng)A正確．B錯(cuò)誤．例2類型二簡諧運(yùn)動(dòng)中各物理量變化的分析如圖11－3－4所示是某一質(zhì)質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)運(yùn)動(dòng)的圖象，，下列說法正正確的是()A．在第1s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)速度度逐漸增大B．在第2s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)速度度逐漸增大C．在第3s內(nèi)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化化為勢(shì)能D．在第4s內(nèi)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化化為勢(shì)能圖11－3－4【精講精析】質(zhì)點(diǎn)在第1s內(nèi)，由平衡位位置向正向最最大位移處運(yùn)運(yùn)動(dòng)，做減速速運(yùn)動(dòng)，所以以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在第2s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)由正正向最大位移移處向平衡位位置運(yùn)動(dòng)，做做加速運(yùn)動(dòng)，，所以選項(xiàng)B正確；在第3s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)由平平衡位置向負(fù)負(fù)向最大位移移處運(yùn)動(dòng)，動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)勢(shì)能，所以選選項(xiàng)C正確；在第4s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)由負(fù)負(fù)向最大位移移處向平衡位位置運(yùn)動(dòng)，勢(shì)勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)動(dòng)能，所以選選項(xiàng)D錯(cuò)誤．【答案】BC【方法總結(jié)】做簡諧運(yùn)動(dòng)的的物體，在同同一位置位移移相同，回復(fù)復(fù)力、加速度度、動(dòng)能、勢(shì)勢(shì)能、速率也也都相同，但但速度方向可可能相同也可可能相反．關(guān)關(guān)于平衡位置置對(duì)稱的兩點(diǎn)點(diǎn)，動(dòng)能、勢(shì)勢(shì)能相同，加加速度、回復(fù)復(fù)力大小相等等、方向相反反；速度大小小相等，方向向