2.3简谐运动的回复力和能量课件(共23张PPT)
文档属性
| 名称 | 2.3简谐运动的回复力和能量课件(共23张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 969.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-12 20:55:01 | ||
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文档简介
(共23张PPT)
新人教版 选择性必修一
第二章 机械振动
2.3简谐运动的回复力和能量
思考1:弹簧振子为什么会做往复运动
思考2:它的受力有什么特点
存在力，惯性
总是指向平衡位置
一、简谐运动的回复力
1、定义：
振动物体偏离平衡位置后，使振子回到平衡位置的力。
2、特点:
按力的作用效果命名(效果力)
3、回复力来源：振动方向上的合外力(指向平衡位置的合力)
回复力可以是弹力,也可以是其它力(包括摩擦力)；可以是某一个力，或几个力的合力,或者某个力的分力.
质点所受的回复力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且始终指向平衡位置（即与位移方向总相反）。
4、简谐运动的动力学特点：
5、简谐运动的运动学特点：
k----比例系数，负号表示回复力F方向与位移x方向相反
F= - kx
x ----振子离开平衡位置的位移,简称位移
6、简谐运动的判断方法：
（1）简谐运动的位移关系式：
（2）动力学定义：
证明步骤：
①找平衡位置0;
②找回复力F ;
③找F、x大小关系;
④找F、x方向关系.
规定向下为正方向
平衡位置:
振子受的回复力
此时弹簧振子的回复力是弹簧的弹力吗？
回复力不一定是弹力可能是几个力的合力。
振子在C点受到的弹力为:
解析：
例1、证明:竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动
例2、如图所示,质量为m1的物体A放置在质量为m2的物体B上,B与弹簧相连,它们一起在光滑水平面上做简谐运动,振动过程中A、B之间无相对运动,设弹簧劲度系数为k,当物体离开平衡位置的位移为x时,A、B间摩擦力的大小等于( )
D
解析：A、B相对静止,一起在弹簧作用下做简谐运动,当位移是x时,其回复力大小为kx,但kx并不是A物体的回复力,也不是B物体的回复力,是系统的。
A物体随B一起做简谐运动的回复力就是B对A的摩擦力,从这里可以看出,静摩擦力也可以提供回复力。A物体的加速度就是B物体的加速度,也是整体的加速度。
当物体离开平衡位置的位移为x时,回复力(即弹簧弹力)的大小为kx,以整体为研究对象,此时A与B具有相同的加速度,根据牛顿第二定律
以A为研究对象,使其产生加速度的力即为B对A的静摩擦力F,由牛顿第二定律可得
位 置 A A→O O O→B B
位移大小
速度大小
回复力大小
加速度大小
动 能
势 能
最 大
↘
0
↗
最 大
最 大
↘
0
↗
0
最 大
↘
0
↗
最 大
最 大
↘
0
↗
最 大
最 大
↘
0
↗
最 大
最 大
↘
0
↗
0
二、简谐运动各物理量的变化规律
2、总机械能=任意位置的动能+势能
=平衡位置的动能
=振幅位置的势能
3、振动系统的能量与振动的振幅和劲度系数有关。劲度系数越大,振幅越大，振动的能量越大；
1、平衡位置：势能最小，动能最大；
最大位移：动能为零，势能最大。
4、一个全振动过程完成两次周期性能量变化
三、简谐运动的能量
1、当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法正确的（ ）
CD
A．振子在振动过程中，速度相同时，弹簧的长度一定相等
B．振子从最低点向平衡位置运动过程中，弹簧弹力始终做负功
C．振子在振动过程中的回复力由弹簧的弹力和振子的重力的合力提供
D．振子在振动过程中，系统的机械能一定守恒
2、(多选)一弹簧振子振动过程中的某段时间内其加速度的值越来越小，则在这段时间内( )A．振子的速度越来越大B．振子正在向平衡位置运动C．振子的速度方向与回复力方向相反D．振子正在远离平衡位置
AB
3、如图所示是某个单摆在0～0.4 s时间内做简谐运动的图象，由图象可知( )A．在0.25～0.3 s时间内，摆球受到的回复力越来越小B．t＝0.7 s时刻，摆球的速度最大C．摆球的动能和重力势能相互转化的周期为0.4 sD．摆球的动能和重力势能相互转化的周期为0.2 s
D
4、 (多选)如图所示，物体系在两弹簧之间，弹簧劲度系数分别为k1和k2，且k1＝k，k2＝2k，两弹簧均处于自然状态．现在向右拉动物体，然后释放，物体在B、C间振动，O为平衡位置(不计阻力)，则下列判断正确的是( )
A．物体做简谐运动，OC＝OB
B．物体做简谐运动，OC≠OB
C．回复力F＝－kx
D．回复力F＝－3kx
AD
5、(多选)在光滑斜面上的物块A被平行于斜面的轻弹簧拉住静止于O点，如图所示．现将物块A沿斜面拉到B点无初速度释放，物块A在B、C范围内做简谐运动，则下列说法正确的是( )
A．OB越长，振动能量越大
B．在振动过程中，物块A的机械能守恒
C．物块A与轻弹簧构成的系统的势能，当物块A在C点时最大，当物块A在O点时最小
D．物块A与轻弹簧构成的系统的势能，当物块A在C点时最大，当物块A在B点时最小
AC
6、(多选)一弹簧振子做简谐运动,它所受的回复力F随时间t变化的图象为正弦曲线,如图所示,下列说法正确的是( )
A.在t从0到2 s时间内,弹簧振子做减速运动
B.在t1=3 s和t2=5 s时,弹簧振子的速度大小相等,方向相反
C.在t2=5 s和t3=7 s时,弹簧振子的位移大小相等,方向相同
D.在t从0到4 s时间内,t=2 s时刻弹簧振子所受回复力做功的功率最大
AC
解析：选A、C。在t从0到2 s时间内,回复力逐渐变大,由F=-kx知,位移增大,说明振子逐渐远离平衡位置,做减速运动,故A正确;在t1=3 s到t2=5 s过程中,回复力先减小为零后反向增加,说明先衡位置后远离平衡位置,故3 s和5 s时速度方向相同;由于3 s和5 s时回复力大小相等,故位移大小也相等,速度大小也相等,故B错误;在t2=5 s和t3=7 s时,回复力相等,根据公式F=-kx,位移相同,故C正确;
在t从0到4 s时间内,t=2 s时刻弹簧振子速度为零,根据P=Fv可知,功率为零,故D错误。
7、如图所示，A、B叠放在光滑水平地面上，B与自由长度为L0的轻弹簧相连，当系统振动时，A、B始终无相对滑动，已知mA＝3m，mB＝m，当振子距平衡位置的位移x的大小为时，系统的加速度大小为a，求A、B间摩擦力f与位移x的函数关系．
新人教版 选择性必修一
第二章 机械振动
2.3简谐运动的回复力和能量
思考1:弹簧振子为什么会做往复运动
思考2:它的受力有什么特点
存在力，惯性
总是指向平衡位置
一、简谐运动的回复力
1、定义：
振动物体偏离平衡位置后，使振子回到平衡位置的力。
2、特点:
按力的作用效果命名(效果力)
3、回复力来源：振动方向上的合外力(指向平衡位置的合力)
回复力可以是弹力,也可以是其它力(包括摩擦力)；可以是某一个力，或几个力的合力,或者某个力的分力.
质点所受的回复力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且始终指向平衡位置（即与位移方向总相反）。
4、简谐运动的动力学特点：
5、简谐运动的运动学特点：
k----比例系数，负号表示回复力F方向与位移x方向相反
F= - kx
x ----振子离开平衡位置的位移,简称位移
6、简谐运动的判断方法：
（1）简谐运动的位移关系式：
（2）动力学定义：
证明步骤：
①找平衡位置0;
②找回复力F ;
③找F、x大小关系;
④找F、x方向关系.
规定向下为正方向
平衡位置:
振子受的回复力
此时弹簧振子的回复力是弹簧的弹力吗？
回复力不一定是弹力可能是几个力的合力。
振子在C点受到的弹力为:
解析：
例1、证明:竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动
例2、如图所示,质量为m1的物体A放置在质量为m2的物体B上,B与弹簧相连,它们一起在光滑水平面上做简谐运动,振动过程中A、B之间无相对运动,设弹簧劲度系数为k,当物体离开平衡位置的位移为x时,A、B间摩擦力的大小等于( )
D
解析：A、B相对静止,一起在弹簧作用下做简谐运动,当位移是x时,其回复力大小为kx,但kx并不是A物体的回复力,也不是B物体的回复力,是系统的。
A物体随B一起做简谐运动的回复力就是B对A的摩擦力,从这里可以看出,静摩擦力也可以提供回复力。A物体的加速度就是B物体的加速度,也是整体的加速度。
当物体离开平衡位置的位移为x时,回复力(即弹簧弹力)的大小为kx,以整体为研究对象,此时A与B具有相同的加速度,根据牛顿第二定律
以A为研究对象,使其产生加速度的力即为B对A的静摩擦力F,由牛顿第二定律可得
位 置 A A→O O O→B B
位移大小
速度大小
回复力大小
加速度大小
动 能
势 能
最 大
↘
0
↗
最 大
最 大
↘
0
↗
0
最 大
↘
0
↗
最 大
最 大
↘
0
↗
最 大
最 大
↘
0
↗
最 大
最 大
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0
↗
0
二、简谐运动各物理量的变化规律
2、总机械能=任意位置的动能+势能
=平衡位置的动能
=振幅位置的势能
3、振动系统的能量与振动的振幅和劲度系数有关。劲度系数越大,振幅越大，振动的能量越大；
1、平衡位置：势能最小，动能最大；
最大位移：动能为零，势能最大。
4、一个全振动过程完成两次周期性能量变化
三、简谐运动的能量
1、当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法正确的（ ）
CD
A．振子在振动过程中，速度相同时，弹簧的长度一定相等
B．振子从最低点向平衡位置运动过程中，弹簧弹力始终做负功
C．振子在振动过程中的回复力由弹簧的弹力和振子的重力的合力提供
D．振子在振动过程中，系统的机械能一定守恒
2、(多选)一弹簧振子振动过程中的某段时间内其加速度的值越来越小，则在这段时间内( )A．振子的速度越来越大B．振子正在向平衡位置运动C．振子的速度方向与回复力方向相反D．振子正在远离平衡位置
AB
3、如图所示是某个单摆在0～0.4 s时间内做简谐运动的图象，由图象可知( )A．在0.25～0.3 s时间内，摆球受到的回复力越来越小B．t＝0.7 s时刻，摆球的速度最大C．摆球的动能和重力势能相互转化的周期为0.4 sD．摆球的动能和重力势能相互转化的周期为0.2 s
D
4、 (多选)如图所示，物体系在两弹簧之间，弹簧劲度系数分别为k1和k2，且k1＝k，k2＝2k，两弹簧均处于自然状态．现在向右拉动物体，然后释放，物体在B、C间振动，O为平衡位置(不计阻力)，则下列判断正确的是( )
A．物体做简谐运动，OC＝OB
B．物体做简谐运动，OC≠OB
C．回复力F＝－kx
D．回复力F＝－3kx
AD
5、(多选)在光滑斜面上的物块A被平行于斜面的轻弹簧拉住静止于O点，如图所示．现将物块A沿斜面拉到B点无初速度释放，物块A在B、C范围内做简谐运动，则下列说法正确的是( )
A．OB越长，振动能量越大
B．在振动过程中，物块A的机械能守恒
C．物块A与轻弹簧构成的系统的势能，当物块A在C点时最大，当物块A在O点时最小
D．物块A与轻弹簧构成的系统的势能，当物块A在C点时最大，当物块A在B点时最小
AC
6、(多选)一弹簧振子做简谐运动,它所受的回复力F随时间t变化的图象为正弦曲线,如图所示,下列说法正确的是( )
A.在t从0到2 s时间内,弹簧振子做减速运动
B.在t1=3 s和t2=5 s时,弹簧振子的速度大小相等,方向相反
C.在t2=5 s和t3=7 s时,弹簧振子的位移大小相等,方向相同
D.在t从0到4 s时间内,t=2 s时刻弹簧振子所受回复力做功的功率最大
AC
解析：选A、C。在t从0到2 s时间内,回复力逐渐变大,由F=-kx知,位移增大,说明振子逐渐远离平衡位置,做减速运动,故A正确;在t1=3 s到t2=5 s过程中,回复力先减小为零后反向增加,说明先衡位置后远离平衡位置,故3 s和5 s时速度方向相同;由于3 s和5 s时回复力大小相等,故位移大小也相等,速度大小也相等,故B错误;在t2=5 s和t3=7 s时,回复力相等,根据公式F=-kx,位移相同,故C正确;
在t从0到4 s时间内,t=2 s时刻弹簧振子速度为零,根据P=Fv可知,功率为零,故D错误。
7、如图所示，A、B叠放在光滑水平地面上，B与自由长度为L0的轻弹簧相连，当系统振动时，A、B始终无相对滑动，已知mA＝3m，mB＝m，当振子距平衡位置的位移x的大小为时，系统的加速度大小为a，求A、B间摩擦力f与位移x的函数关系．