2.3简谐运动的回复力和能量（共25张ppt）
文档属性
| 名称 | 2.3简谐运动的回复力和能量（共25张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 507.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-27 09:35:47 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
简谐运动的回复力和能量
人教版新教材选择性必修1第二章 机械振动
3
1、会分析弹簧振子的受力情况，理解回复力的概念。
2、认识位移、速度、回复力和加速度的变化规律及相互联系。
3、会用能量观点分析水平弹簧振子动能、势能的变化情况，知道简谐运动遵从机械能守恒定律。
学习目标：
1、什么叫机械振动？什么叫简谐运动？
2、描述简谐运动的物理量有哪些？
3、简谐运动的表达式：
复习回顾
振幅：描述振动强弱；
周期和频率：描述振动快慢;
相位：描述振动步调.
物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动叫机械振动。
如果物体的位移与时间的关系遵从正弦函数的关系，即它的振动图像（x-t图像）是一条正弦曲线，这样的振动叫简谐运动。
思考与讨论
O
A
B
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
物体做简谐运动时，位移及所受的合力有什么特点？
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
O
B
C
D
A
X
X
X
X
X
X
F
F
F
F
F
F
一、简谐运动的回复力
2、弹簧振子所受的合力F与振子位移x的大小成正比，且合力F的方向总是与位移x的方向相反。
式中k为弹簧的劲度系数
1、合力F的方向总是与位移x的方向相反，即总是指向平衡位置。它的作用总是要把物体拉回到平衡位置,物理学中把这种力称为回复力。
小结：
表达式：
1.定义:
3.回复力特点:
（1）大小：与振子的位移大小成正比。
使振子回到平衡位置的合力。
（4）来源：回复力是根据作用效果命名的，可以由某一个力或由几个力的合力提供，还有可能由某一个力的分力提供。总之，回复力一定是振动物体在振动方向上所受外力的合力。
（3）系数k：由振动系统本身决定。对弹簧振子来说，k指弹簧的劲度系数。
一、简谐运动的回复力
2.表达式:
（2）方向：“-”表示与位移的方向相反，即回复力的方向总是指向平衡位置。
例与练：
例1、对于弹簧振子,其回复力和位移的关系,在以下图中表示正确的是( )
小结：弹簧振子的回复力F与振子位移x的关系满足：
由此判定，C图像正确。
C
练1、如图A、B两物体组成弹簧振子，在振动过程中，A、B始终保持相对静止，下列给定的四幅图中能正确反映振动过程中物体A所受摩擦力Ff与振子对平衡位置位移x关系的图线为（ ）
例与练：
A.
B.
C.
D.
B
练2、请分析以下例子中回复力的来源．
（1）甲中水平方向的弹簧振子， 提供回复力；
（2）乙中竖直方向的弹簧振子， 提供回复力；
（3）丙中下端绕有几圈铁丝的木筷竖直浮在水中上下振动时，
提供回复力．
（4）光滑圆弧面上的小球左右振动时， 提供回复力．
例与练：
弹力
弹力与重力的合力
浮力和重力的合力
甲 乙 丙 丁
重力的切向分力
1、物体做简谐运动的条件是什么？
2、简谐运动是一种什么性质的运动？
思考与讨论
（1）动力学条件：如果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（即与位移方向相反）,质点的运动就是简谐运动。
4.简谐运动的条件：
F回=–kx
（2）运动学条件：
（1）当物体从最大位移处向平衡位置运动时，由于v与a的方向一致，物体做加速度越来越小的加速运动。
（2）当物体从平衡位置向最大位移处运动时，由于v与a的方向相反，物体做加速度越来越大的减速运动。
小结：简谐运动是变加速运动。
5.简谐运动的性质：
[例2]证明:竖直悬挂的弹簧振子的振动是简谐运动.
例与练：
证明:振子处于平衡状态时有:
mg=kx0
当振动过程中向下相对平衡位置的位移为x时振子所受的合力为：
F=mg-k(x+x0)
=mg-kx-kx0
=-kx
符合简谐运动的回复力公式，故为简谐运动。
例与练：
mg
k(x+x0)
例与练：
练3、如图所示，把图中倾角为θ的光滑斜面上的小球沿斜面拉下一小段距离然后松开，假设空气阻力可以忽略不计，试证明：小球的运动是简谐运动。
x
v
F(a)
Ek
Ep
A
A-O
O
O-B
B
向左最大
向左减小
向右最大
向右最大
0
向右最大
向右增大
向右减小
0
0
向右增大
向右减小
向左增大
0
向左最大
0
增大
最大
减小
0
最大
减小
0
增大
最大
O
A
B
分析总结：结合下图完成下表：
二、简谐运动的能量
1、特点：简谐运动中动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒。
二、简谐运动的能量
3、图像：试画出物体在做简谐运动时的Ek-t和Ep-t及E-t图象。
t
E
0
机械能
势能
动能
A
B
O
2、决定因素：弹簧振子做简谐运动的能量由劲度系数和振幅决定.劲度系数越大, 振动的能量越大；振幅越大，振动的能量越大.
三、课堂小结
1、回复力：使振动物体回到平衡位置的力.
2、简谐运动回复力的特点：如果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,质点的运动就是简谐运动。
3、简谐运动中动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒.
1、做简谐运动的物体，当位移为负值时，以下说法正确的是 （ ）
A．速度一定为正值，加速度一定为正值
B．速度不一定为正值，但加速度一定为正值
C．速度一定为负值，加速度一定为正值
D．速度不一定为负值，加速度一定为负值
B
课堂练习
2、当某一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法正确的（ ）
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
CD
课堂练习
3、作简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，一定相同的物理量是（ ）
A、速度 B、位移
C、回复力 D、加速度
BCD
课堂练习
4、关于弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法正确的有 （ ）
A．等于在平衡位置时振子的动能
B．等于在最大位移时弹簧的弹性势能
C．等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和
D．位移越大振动能量也越大
ABC
课堂练习
5．如图是质点做简谐振动的图像，由图知（ ）
A．t=0时，质点的位移、速度均为零，势能最大
B．t=1s时，质点的位移为正向最大，速度为零，加速度为负向最大、势能最大
C．t=2s时，质点的位移为零，速度为负向最大值，加速度为零、势能为0
D．质点的振幅为5cm，
周期为2s
BC
课堂练习
6、如图所示，某一时刻弹簧振子的小球运动到平衡位置右侧，距平衡位置0点3cm处的B点，已知小球的质量为1kg，小球离开平衡位置的最大距离为5cm，弹簧的劲度系数为200N/m，求：
(1)最大回复力的大小是多少？
(2)在B点时小球受到的回复力的大小和方向？
(3)此时小球的加速度大小和方向？
(4)小球的运动方向怎样？
O
B
课堂练习
10N
6N 向左
6m/s2 向左
水平向左或水平向右
作业：
课本“练习与应用”：1、2、4
简谐运动的回复力和能量
人教版新教材选择性必修1第二章 机械振动
3
1、会分析弹簧振子的受力情况，理解回复力的概念。
2、认识位移、速度、回复力和加速度的变化规律及相互联系。
3、会用能量观点分析水平弹簧振子动能、势能的变化情况，知道简谐运动遵从机械能守恒定律。
学习目标：
1、什么叫机械振动？什么叫简谐运动？
2、描述简谐运动的物理量有哪些？
3、简谐运动的表达式：
复习回顾
振幅：描述振动强弱；
周期和频率：描述振动快慢;
相位：描述振动步调.
物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动叫机械振动。
如果物体的位移与时间的关系遵从正弦函数的关系，即它的振动图像（x-t图像）是一条正弦曲线，这样的振动叫简谐运动。
思考与讨论
O
A
B
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
物体做简谐运动时，位移及所受的合力有什么特点？
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
O
A
B
C
D
O
B
C
D
A
X
X
X
X
X
X
F
F
F
F
F
F
一、简谐运动的回复力
2、弹簧振子所受的合力F与振子位移x的大小成正比，且合力F的方向总是与位移x的方向相反。
式中k为弹簧的劲度系数
1、合力F的方向总是与位移x的方向相反，即总是指向平衡位置。它的作用总是要把物体拉回到平衡位置,物理学中把这种力称为回复力。
小结：
表达式：
1.定义:
3.回复力特点:
（1）大小：与振子的位移大小成正比。
使振子回到平衡位置的合力。
（4）来源：回复力是根据作用效果命名的，可以由某一个力或由几个力的合力提供，还有可能由某一个力的分力提供。总之，回复力一定是振动物体在振动方向上所受外力的合力。
（3）系数k：由振动系统本身决定。对弹簧振子来说，k指弹簧的劲度系数。
一、简谐运动的回复力
2.表达式:
（2）方向：“-”表示与位移的方向相反，即回复力的方向总是指向平衡位置。
例与练：
例1、对于弹簧振子,其回复力和位移的关系,在以下图中表示正确的是( )
小结：弹簧振子的回复力F与振子位移x的关系满足：
由此判定，C图像正确。
C
练1、如图A、B两物体组成弹簧振子，在振动过程中，A、B始终保持相对静止，下列给定的四幅图中能正确反映振动过程中物体A所受摩擦力Ff与振子对平衡位置位移x关系的图线为（ ）
例与练：
A.
B.
C.
D.
B
练2、请分析以下例子中回复力的来源．
（1）甲中水平方向的弹簧振子， 提供回复力；
（2）乙中竖直方向的弹簧振子， 提供回复力；
（3）丙中下端绕有几圈铁丝的木筷竖直浮在水中上下振动时，
提供回复力．
（4）光滑圆弧面上的小球左右振动时， 提供回复力．
例与练：
弹力
弹力与重力的合力
浮力和重力的合力
甲 乙 丙 丁
重力的切向分力
1、物体做简谐运动的条件是什么？
2、简谐运动是一种什么性质的运动？
思考与讨论
（1）动力学条件：如果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（即与位移方向相反）,质点的运动就是简谐运动。
4.简谐运动的条件：
F回=–kx
（2）运动学条件：
（1）当物体从最大位移处向平衡位置运动时，由于v与a的方向一致，物体做加速度越来越小的加速运动。
（2）当物体从平衡位置向最大位移处运动时，由于v与a的方向相反，物体做加速度越来越大的减速运动。
小结：简谐运动是变加速运动。
5.简谐运动的性质：
[例2]证明:竖直悬挂的弹簧振子的振动是简谐运动.
例与练：
证明:振子处于平衡状态时有:
mg=kx0
当振动过程中向下相对平衡位置的位移为x时振子所受的合力为：
F=mg-k(x+x0)
=mg-kx-kx0
=-kx
符合简谐运动的回复力公式，故为简谐运动。
例与练：
mg
k(x+x0)
例与练：
练3、如图所示，把图中倾角为θ的光滑斜面上的小球沿斜面拉下一小段距离然后松开，假设空气阻力可以忽略不计，试证明：小球的运动是简谐运动。
x
v
F(a)
Ek
Ep
A
A-O
O
O-B
B
向左最大
向左减小
向右最大
向右最大
0
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向右增大
向右减小
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向右减小
向左增大
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向左最大
0
增大
最大
减小
0
最大
减小
0
增大
最大
O
A
B
分析总结：结合下图完成下表：
二、简谐运动的能量
1、特点：简谐运动中动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒。
二、简谐运动的能量
3、图像：试画出物体在做简谐运动时的Ek-t和Ep-t及E-t图象。
t
E
0
机械能
势能
动能
A
B
O
2、决定因素：弹簧振子做简谐运动的能量由劲度系数和振幅决定.劲度系数越大, 振动的能量越大；振幅越大，振动的能量越大.
三、课堂小结
1、回复力：使振动物体回到平衡位置的力.
2、简谐运动回复力的特点：如果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,质点的运动就是简谐运动。
3、简谐运动中动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒.
1、做简谐运动的物体，当位移为负值时，以下说法正确的是 （ ）
A．速度一定为正值，加速度一定为正值
B．速度不一定为正值，但加速度一定为正值
C．速度一定为负值，加速度一定为正值
D．速度不一定为负值，加速度一定为负值
B
课堂练习
2、当某一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法正确的（ ）
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
CD
课堂练习
3、作简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，一定相同的物理量是（ ）
A、速度 B、位移
C、回复力 D、加速度
BCD
课堂练习
4、关于弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法正确的有 （ ）
A．等于在平衡位置时振子的动能
B．等于在最大位移时弹簧的弹性势能
C．等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和
D．位移越大振动能量也越大
ABC
课堂练习
5．如图是质点做简谐振动的图像，由图知（ ）
A．t=0时，质点的位移、速度均为零，势能最大
B．t=1s时，质点的位移为正向最大，速度为零，加速度为负向最大、势能最大
C．t=2s时，质点的位移为零，速度为负向最大值，加速度为零、势能为0
D．质点的振幅为5cm，
周期为2s
BC
课堂练习
6、如图所示，某一时刻弹簧振子的小球运动到平衡位置右侧，距平衡位置0点3cm处的B点，已知小球的质量为1kg，小球离开平衡位置的最大距离为5cm，弹簧的劲度系数为200N/m，求：
(1)最大回复力的大小是多少？
(2)在B点时小球受到的回复力的大小和方向？
(3)此时小球的加速度大小和方向？
(4)小球的运动方向怎样？
O
B
课堂练习
10N
6N 向左
6m/s2 向左
水平向左或水平向右
作业：
课本“练习与应用”：1、2、4