簡諧運動的回復(fù)力和能量 課件 -2023-2024學年高二上學期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

第二章

機械振動第3節(jié)

簡諧運動的回復(fù)力和能量學習目標1、會分析彈簧振子的受力情況，理解回復(fù)力

的概念2、認識位移、速度、回復(fù)力和加速度的變化

規(guī)律及相互聯(lián)系3、會用能量觀點分析水平彈簧振子動能、勢

能的變化情況，知道間簡諧運動中機械能

守恒課堂引入

當我們把彈簧振子的小球拉離平衡位置釋放后，小球就會在平衡位置附近做簡諧運動。小球的受力滿足什么特點才會做這種運動呢？任務(wù)一OABCD尋找回復(fù)力彈簧振子再AB間做簡諧運動，分別畫出小球再A、C、O、D、B的受力分析，找出小球運動過程中的受力特點，并解釋為什么會做往復(fù)運動？OABCDOABCDOABCDOABCDOBCDAFFFF彈力方向：總是指向平衡位置彈力大小：發(fā)生周期性變化分析下面兩個彈簧振子的受力情況，分析是什么力迫使小球做往復(fù)運動1.在豎直方向振動2.在光滑斜面上振動重力與彈力的的合力方向：總是指向平衡位置大小：發(fā)生周期性變化重力分力與彈力的的合力方向：總是指向平衡位置大?。喊l(fā)生周期性變化1.定義:使物體在平衡位置做往復(fù)運動的力回復(fù)力是按力的作用效果命名的受力分析不畫出3.來源：回復(fù)力可以是彈力,也可以是其它力(包括摩擦力);可以是某一個力，或幾個力的合力,或者某個力的分力.回復(fù)力2.方向:

總是指向平衡位置.OABCD任務(wù)二回復(fù)力的表達式以水平彈簧振子為例

由彈力充當回復(fù)力OABCDXFOABCDXF

F=－kx“－”表示回復(fù)力F方向始終與位移方向X相反.簡諧運動的定義的另一種表述：如果質(zhì)點所受的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,質(zhì)點的運動就是簡諧運動。簡諧運動的定義即回復(fù)力滿足F=－kx的運動就是簡諧運動。

特別說明：對一般的簡諧運動，由于回復(fù)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(fù)力與位移的比例系數(shù)。如圖一彈簧上端固定，勁度系數(shù)為k，另一端掛一質(zhì)量為m的小球，平衡位置時彈簧的形變量為x0，向下拉開一段距離后釋放小球，試證明小球做簡諧運動x0o證明：平衡位置時mg=kx0

當小球向下運動到離平衡位置的距離是x時，回復(fù)力：F=mg-k(x0+x)

得

F=－kx即小球的運動是簡諧運動。位置QQ→OOO→PP位移的大小速度的大小動能彈性勢能機械能最大↓0↑最大0↑最大↓00↑最大↓0最大↓0↑最大不變不變不變不變不變OQP小球在PQ間做簡諧運動，分析完成下表1.簡諧運動中動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，但機械能總量不變，即機械能守恒，是理想化模型。2.簡諧運動的能量與振幅有關(guān)，振幅越大，振動的能量越大。3.物體在做簡諧運動時的Ek-t和Ep-t及E-t圖象tE0機械能勢能動能QPO簡諧運動的能量思考：關(guān)于做簡諧運動物體的位移X、速度V、回復(fù)力F、加速度a、動能Ek、勢能Ep1、經(jīng)過同一位置哪些量相同？2、關(guān)于平衡位置對稱的兩點那些量相同？1、經(jīng)過同一位置處：x、F、a、Ep、Ek均相同：v大小相等，方向不一定2、關(guān)于平衡位置對稱的兩點：EK相等，EP相等；a、F、v大小相等課堂小結(jié)回復(fù)力能量回復(fù)力是使振子回到平衡位置的力，可以是彈力,也可以是其它力(包括摩擦力);可以是某一個力，或幾個力