新教材高中物理第二章機(jī)械振動(dòng)第3節(jié)簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量課件新人教版選擇性必修第一冊(cè)

第二章

機(jī)械振動(dòng)第3節(jié)

簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量課標(biāo)解讀課標(biāo)要求素養(yǎng)要求1.理解回復(fù)力的概念和特點(diǎn)。2.會(huì)用動(dòng)力學(xué)方法分析簡諧運(yùn)動(dòng)中位移、速度、回復(fù)力和加速度的變化規(guī)律。3.會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析彈簧振子動(dòng)能、勢(shì)能、總能量的變化規(guī)律。1.物理觀念：理解回復(fù)力的概念,能在具體問題中分析回復(fù)力的來源。2.科學(xué)思維：能應(yīng)用動(dòng)力學(xué)、能量觀點(diǎn)處理簡諧運(yùn)動(dòng)中位移、回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能、勢(shì)能的變化規(guī)律。要點(diǎn)簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力在_________①的作用下，物體在平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。如果物體在運(yùn)動(dòng)方向上所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成_______②，并且總是指向平衡位置，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡諧運(yùn)動(dòng)?；貜?fù)力正比①（1）回復(fù)力的方向總是與位移的方向相反嗎？提示回復(fù)力的方向總是指向平衡位置，而位移的方向是由平衡位置指向物體所在位置，所以回復(fù)力的方向總是與位移的方向相反。（2）回復(fù)力為0時(shí)，物體所受合力一定為0嗎？提示

物體做簡諧運(yùn)動(dòng)回到平衡位置時(shí)，回復(fù)力為0，但合力可能不為0。例如：物體沿圓弧做簡諧運(yùn)動(dòng)，如圖所示。當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到圓弧的最低點(diǎn)（平衡位置）時(shí)，回復(fù)力為0，小球所受的合力用來提供向心力，所以小球所受的合力不為0。

（2）彈簧振子從平衡位置到達(dá)最大位移處的過程中，回復(fù)力如何變化？從最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)的過程中呢？

探究點(diǎn)一

簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力

[提示]兩個(gè)力；重力、支持力。

[提示]不受?；貜?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，不是一種另外受到的力，所以分析物體的受力時(shí)，不分析回復(fù)力。

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易錯(cuò)題醒回復(fù)力是一種效果力，它不是振動(dòng)物體另外受到的一種力，所以對(duì)振動(dòng)物體進(jìn)行受力分析時(shí)，切忌添加回復(fù)力。

C

CA.B.C.D.探究點(diǎn)二

簡諧運(yùn)動(dòng)的能量1.你喜歡蕩秋千嗎？也許你很喜歡卻蕩不好。要知道，會(huì)蕩秋千的人，不用別人幫忙助推，就能越擺越高，而不會(huì)蕩秋千的人始終也擺不起來，知道這是什么原因嗎？[提示]觀察一下蕩秋千高手的動(dòng)作：他從高處擺下來的時(shí)候身子是從直立到蹲下，而從最低點(diǎn)向上擺時(shí)，身子又從蹲下到直立起來。由于他從蹲下到站直時(shí)，重心升高，無形中就對(duì)自己做了功，自身化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，增大了重力勢(shì)能。因而，每擺一次秋千，都使蕩秋千的人自身機(jī)械能增加一些。如此循環(huán)往復(fù)，總機(jī)械能越積越多，秋千就擺得越來越高了。1.簡諧運(yùn)動(dòng)的能量（1）不考慮阻力，水平彈簧振子振動(dòng)過程中只有彈力做功，在任意時(shí)刻振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能與勢(shì)能之和不變，即機(jī)械能守恒。（2）簡諧運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能的大小由振子的振幅決定對(duì)同一振動(dòng)系統(tǒng)來說，振幅越大，振動(dòng)的能量越大。如果沒有能量損耗，振幅保持不變，它將永不停息地振動(dòng)下去，因此簡諧運(yùn)動(dòng)又稱等幅振動(dòng)。（3）動(dòng)能、勢(shì)能隨位置的變化情況①在最大位移處，勢(shì)能最大，動(dòng)能為零。②在平衡位置處，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小。（4）實(shí)際的運(yùn)動(dòng)都有一定的能量損耗，所以簡諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的物理模型。

物理量運(yùn)動(dòng)過程位移大小減小增大減小增大方向回復(fù)力、加速度大小減小增大減小增大方向速度大小增大減小增大減小方向動(dòng)能增大減小增大減小勢(shì)能減小增大減小增大總結(jié)：（1）在簡諧運(yùn)動(dòng)中，位移、回復(fù)力、加速度和勢(shì)能四個(gè)物理量同時(shí)增大或減小，與速度和動(dòng)能的變化步調(diào)相反。（2）平衡位置是位移、加速度和回復(fù)力方向變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。（3）最大位移處是速度方向變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

（1）哪些時(shí)刻振子有最大動(dòng)能？

（2）哪些時(shí)刻振子有相同速度？

（3）哪些時(shí)刻振子有最大勢(shì)能？

（4）哪些時(shí)刻振子有相同的最大加速度？

規(guī)律總結(jié)對(duì)簡諧運(yùn)動(dòng)能量的三點(diǎn)認(rèn)識(shí)（1）決定因素：對(duì)于一個(gè)確定的振動(dòng)系統(tǒng)，簡諧運(yùn)動(dòng)的能量由振幅決定，振幅越大，系統(tǒng)的能量越大。（2）能量獲得：系統(tǒng)開始振動(dòng)的能量是通過外力做功由其他形式的能轉(zhuǎn)化來的。（3）能量轉(zhuǎn)化：當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)自由振動(dòng)后，如果不考慮阻力作用，系統(tǒng)只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒。

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BD

1.如圖所示，能正確反映做簡諧運(yùn)動(dòng)的物體所受回復(fù)力與位移關(guān)系的圖像是(

)A.B.C.D.B

評(píng)價(jià)檢測(cè)·素養(yǎng)提升2.彈簧振子在光滑水平面上做簡諧運(yùn)動(dòng)，在振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)的過程中(

)A.振子所受的回復(fù)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D

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[答案]見解析

[答案]見解析

[答案]見解析

1.（多選）關(guān)于簡諧運(yùn)動(dòng)，以下說法正確的是(

)A.回復(fù)力可能是物體受到的合外力B.回復(fù)力是根據(jù)力的作用效果命名的C.振動(dòng)中位移的方向是不變的D.物體振動(dòng)到平衡位置時(shí)所受合外力一定等于零AB[解析]回復(fù)力可以是某個(gè)力，可以是某個(gè)力的分力，也可以是幾個(gè)力的合力，A正確；回復(fù)力可以由重力、彈力、摩擦力等各種不同性質(zhì)的力提供，其作用效果是使物體回到平衡位置，B正確；位移是從平衡位置指向物體所在位置，其方向是不同的，C錯(cuò)誤；物體振動(dòng)到平衡位置時(shí)，所受回復(fù)力為零，但合外力不一定為零，D錯(cuò)誤。2.如圖所示，由輕質(zhì)彈簧下面懸掛一物塊組成一個(gè)豎直方向振動(dòng)的彈簧振子，彈簧的上端固定于天花板，當(dāng)物塊處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，取它的重力勢(shì)能為零，現(xiàn)將物塊向下拉一小段距離后放手，此后振子在平衡位置附近上下做簡諧運(yùn)動(dòng)，不計(jì)空氣阻力，則(

)CA.振子速度最大時(shí)，振動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能為零B.振子速度最大時(shí)，物塊的重力勢(shì)能與彈簧的彈性勢(shì)能相等C.振子經(jīng)過平衡位置時(shí)，振動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能最小D.振子在振動(dòng)過程中，振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒[解析]當(dāng)振子在平衡位置時(shí)速度最大，此時(shí)重力勢(shì)能為零，但是彈簧的彈性勢(shì)能不為零，故振動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能不為零，A、B錯(cuò)誤；因?yàn)橹挥兄亓蛷椈蓮椓ψ龉?，則振子的動(dòng)能、重力勢(shì)能及彈簧彈性勢(shì)能之和守恒，故在平衡位置時(shí)動(dòng)能最大，振動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能最小，C正確，D錯(cuò)誤。

C

B

5.如圖所示，當(dāng)一彈簧振子在豎直方向上做簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說法正確的是(

)AA.振子經(jīng)過同一位置時(shí)，速度大小一定相等B.振子從最低點(diǎn)向平衡位置運(yùn)動(dòng)過程中，彈簧彈力始終做負(fù)功C.振子在從最低點(diǎn)向平衡位置運(yùn)動(dòng)過程中受到重力、彈力和回復(fù)力D.振子在平衡位置時(shí)，其動(dòng)能最大，彈簧的彈性勢(shì)能最小[解析]簡諧運(yùn)動(dòng)中，振子經(jīng)過同一位置時(shí)速度大小相等，故A正確；振子從最低點(diǎn)向平衡位置運(yùn)動(dòng)過程中，彈力的方向與速度的方向同向，故彈力做正功，故B錯(cuò)誤；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，故C錯(cuò)誤；振子在平衡位置時(shí)，其動(dòng)能最大，彈簧的彈性勢(shì)能不是最小，當(dāng)彈簧形變量最小的時(shí)候，彈性勢(shì)能最小，故D錯(cuò)誤。

C

C

A

10.（多選）如圖所示為某物體做簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像，下列說法中正確的是(

)AB

12.一質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動(dòng)，其位移和時(shí)間的關(guān)系如圖所示。

[答案]變大;變大;變小;變小;變大

（1）簡諧運(yùn)動(dòng)的能量取決于_______，振子振動(dòng)時(shí)動(dòng)能和_________能相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能_______。振幅彈性勢(shì)守恒[解析]振動(dòng)系統(tǒng)一定時(shí)，系統(tǒng)的能量由振幅決定，振子振動(dòng)時(shí)動(dòng)能和彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能守恒。（2）關(guān)于振子的振動(dòng)，下列說法中正確的是(

)A.振子在平衡位置，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小B.振子在最大位移處，勢(shì)能最大，動(dòng)能最小C.振子在向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于振子振幅減小，故總機(jī)械能減小D.在任意時(shí)刻，動(dòng)能與勢(shì)能之和保持不變ABD[解析]振子在平衡位置兩側(cè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在最大位移處速度為零，動(dòng)能為零，此時(shí)彈簧的形變量最大，勢(shì)能最大，B正確；在振子運(yùn)動(dòng)的過程中，只有彈簧的彈力做功，所以任意時(shí)刻動(dòng)能與勢(shì)能之和不變，D正確；運(yùn)動(dòng)到平衡位置處速度達(dá)到最大，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小，A正確；振幅的大小與振子的位置無關(guān)，C錯(cuò)誤。

AC

思路導(dǎo)引彈簧振子一定時(shí)，系統(tǒng)的能量由振子的振幅決定，此題中就是彈簧的最大形變量，與振子的質(zhì)量無關(guān)。思路總結(jié)（1）要明確