物理（人教版選修3-4）課件第11章第3節(jié)簡諧運動的回復力和能量

第一部分第十一章機械振動第三節(jié)簡諧運動的回復力和能量1．掌握簡諧運動中回復力的特點．2．了解簡諧運動的能量．3．理解簡諧運動中回復力、位移、速度及能量的變化規(guī)律．學案一

簡諧運動的回復力學案二

簡諧運動的能量簡諧運動的回復力1．回復力(1)方向特點：總是指向____________．(2)作用效果：把物體拉回到___________．(3)來源：回復力是根據(jù)力的________(選填“性質(zhì)”或“效果”)命名的．回復力也可以是重力、彈力或摩擦力，或幾個力的合力，或某個力的分力等．平衡位置平衡位置效果(4)表達式：F＝________，即回復力與物體的位移大小成________，________表明回復力方向總是與位移的方向相反，k是一個常數(shù)，由振動系統(tǒng)決定．2．簡諧運動的動力學定義如果質(zhì)點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)點的運動就是簡諧運動．－kx正比負號正比平衡位置簡諧運動的特征及判定方法1．簡諧運動的特征(1)動力學特征：F回＝－kx.回復力的大小跟位移大小成正比，“－”表示回復力F的方向與位移x的方向相反．(2)運動學特征：a＝－kx/m.簡諧運動是一種變加速的往復運動，“－”表示加速度a的方向與位移x的方向相反．3．判斷物體做簡諧運動的程序(1)首先確定物體振動的平衡位置，列出F回＝0的方程．(2)在平衡位置的基礎上，假設物體發(fā)生一段很小的位移x，通過受力分析，列出回復力的方程，提取x得到F回＝－kx即可確定物體做簡諧運動．

如圖所示，質(zhì)量為m的物體A放置在質(zhì)量為M的物體B上，B與輕質(zhì)彈簧相連，它們一起在光滑水平面上做簡諧運動，振動過程中A、B之間無相對運動．設彈簧的勁度系數(shù)為k，當物體離開平衡位置的位移為x時，A、B間摩擦力的大小等于(

)思路點撥：答案：D【題后總結(jié)】分析物體做簡諧運動的回復力，首先要明確回復力是效果力，是由物體受到的其他力來充當?shù)?，千萬不要認為回復力是物體受到的一種新力．【訓練】1．彈簧振子在光滑水平面上做簡諧運動，在振子向平衡位置運動的過程中(

)A．振子所受的回復力逐漸增大B．振子的位移逐漸增大C．振子的速度逐漸減小D．振子的加速度逐漸減小答案：D2．關(guān)于簡諧運動的回復力，下列說法正確的是(

)A．可以是恒力B．可以是方向不變而大小變化的力C．可以是大小不變而方向改變的力D．是大小和方向均改變的力解析：由簡諧運動的動力學條件F＝－kx可知，因位移x的大小方向不斷做周期性變化，所以回復力的大小和方向也做周期性的變化，故選項D正確．答案：D3．(多選)關(guān)于振動物體的平衡位置，下列說法正確的是(

)A．是加速度改變方向的位置B．回復力為零的位置C．速度最大的位置D．加速度最大的位置答案：ABC4．如圖所示，在水平方向上振動的彈簧振子的受力情況是(

)A．重力、支持力和彈簧的彈力B．重力、支持力、彈簧的彈力和回復力C．重力、支持力和回復力D．重力、支持力、摩擦力和回復力解析：彈簧振子受重力、支持力和彈簧的彈力三個力的作用．答案：A5．(多選)如圖所示，物體A置于物體B上，一輕質(zhì)彈簧一端固定，另一端與B相連，在彈性限度范圍內(nèi)，A和B一起在光滑水平面上做簡諧運動(不計空氣阻力)，并保持相對靜止．則下列說法正確的是(

)A．A和B均做簡諧運動B．作用在A上的靜摩擦力大小與彈簧的形變量成正比C．B對A的靜摩擦力對A做功，而A對B的靜摩擦力對B不做功D．B對A的靜摩擦力始終對A做正功，而A對B的靜摩擦力始終對B做負功解析：答案：AB選項內(nèi)容分析結(jié)論C、DB對A的靜摩擦力(即A的回復力)始終指向平衡位置，所以在靠近平衡位置的過程中，B對A的靜摩擦力做正功，在遠離平衡位置過程中，B對A的靜摩擦力做負功；A對B的靜摩擦力也做功，且做功也有正負之分錯誤簡諧運動的能量1．振動系統(tǒng)的狀態(tài)與能量的關(guān)系(1)振子的速度與動能：速度不斷變化，動能也____________．(2)彈簧的形變量與勢能：彈簧的形變量在不斷變化，因而它的勢能也在___________．不斷變化不斷變化2．簡諧運動的能量一般指振動系統(tǒng)的機械能，振動的過程就是________和________相互轉(zhuǎn)化的過程．(1)在最大位移處，________最大，動能為零．(2)在平衡位置處，動能________，勢能________．(3)在簡諧運動中，振動系統(tǒng)的機械能________(選填“守恒”或“減小”)，因此簡諧運動是一種理想化的模型．動能勢能勢能最大最小守恒3．決定能量大小的因素振動系統(tǒng)的機械能跟________有關(guān)，________越大，機械能就越大，振動越強．一個確定的簡諧運動是________振動．振幅振幅等幅簡諧運動中各物理量的變化規(guī)律1．振子以O為平衡位置在A、B之間做簡諧運動，各物理量的變化規(guī)律為：振子的運動情況變化規(guī)律物理量A→OO

→BB

→OO

→A位移大小減小增大減小增大方向O

→AO

→BO

→BO

→A振子的運動情況變化規(guī)律物理量A→OO

→BB

→OO

→A回復力大小減小增大減小增大方向A

→OB

→OB

→OA

→O加速度大小減小增大減小增大方向A

→OB

→OB

→OA

→O速度大小增大減小增大減小方向A

→OO

→BB

→OO

→A動能增大減小增大減小勢能減小增大減小增大2．各個物理量對應關(guān)系不同位置不同，位移不同，加速度、回復力不同，但是速度、動能、勢能可能相同，也可能不同．

(多選)如圖所示是彈簧振子做簡諧運動的振動圖象，可以判定(

)A．從t1到t2時間內(nèi)系統(tǒng)的動能不斷增大，勢能不斷減小B．從t2到t3時間內(nèi)振幅不斷增大C．t3時刻振子處于平衡位置處，動能最大D．t1、t4時刻振子的動能、速度都相同思路點撥：動能與速度相關(guān)，勢能與位移相關(guān)，能量變化看做功．解析：選項內(nèi)容分析結(jié)論從A從t1到t2時間內(nèi)，x減小，彈力做正功，系統(tǒng)的動能不斷增大，勢能不斷減小正確B振幅是離開平衡位置的最大距離，從t2到t3，變化的是位移而不是振幅錯誤Ct3時刻振子的位移為零，速度最大，動能最大正確Dt1、t4時刻位移相同，即振子處于同一位置，速度等大反向，動能相同錯誤答案：AC【題后總結(jié)】要掌握簡諧運動的動能和勢能的變化規(guī)律，就必須明確物體的實際振動情況．結(jié)合路徑草圖或振動圖象，確定物體所處的位置、狀態(tài)及變化過程中的速度、位移的變化規(guī)律．【訓練】1．(多選)彈簧振子做簡諧運動，下列說法正確的是(

)A．振子在平衡位置時，動能最大，勢能最小B．振子在最大位移處，勢能最大，動能最小C．振子在向平衡位置運動時，由于振子振幅減小，故總機械能減小D．在任意時刻，動能與勢能之和保持不變解析：振子在平衡位置兩側(cè)往復運動，在最大位移處速度為零，動能為零，此時彈簧形變最大，勢能最大，選項B正確；在任意時刻只有彈簧的彈力做功，所以機械能守恒，選項D正確；到平衡位置處速度達到最大，動能最大，勢能最小，選項A正確；振幅的大小與振子的位置無關(guān)，所以選項C錯誤．答案：ABD解析：A對：t＝1s時，振子處于正的最大位移處，振子的速度為零，加速度為負的最大值．B錯：t＝2s時，振子在平衡位置且向x軸負方向運動，則振子的速度為負，加速度為零．C錯：t＝3s時，振子處于負的最大位移處，振子的速度為零，加速度為正的最大值．D錯：t＝4s時，振子在平衡位置且向x軸正方向運動，則振子的速度為正，加速度為零．答案：A3．(多選)關(guān)于質(zhì)點做簡諧運動，下列說法正確的是(

)A．在某一時刻，它的速度與回復力的方向相同，與位移的方向相反B．在某一時刻，它的速度、位移和加速度的方向都相同C．在某一段時間內(nèi)，它的回復力的大小增大，動能也增大D．在某一段時間內(nèi)，它的勢能減小，加速度的大小也減小解析：設O為質(zhì)點做簡諧運動的平衡位置，質(zhì)點在BC之間做簡諧運動，則它由C經(jīng)過O到B，又由B經(jīng)過O到C的一個周期內(nèi)，由于質(zhì)點受到的回復力和位移的方向總是相反的，且質(zhì)點由B到