人教版2019选择性必修第一册 2.3简谐运动的回复力和能量(共28张PPT)

(共28张PPT)
2.3 简谐运动的回复力和能量
第二章 机械振动
我们学过哪些运动及其受力如何？
复习回顾
运动 受力特点
力大小变化情况 与速度的方向关系
匀速直线运动
匀变速直线运动
匀变速曲线运动
匀速圆周运动
…… …… ……
F合与v在一条直线上
F合与v方向有一夹角
F合与v方向始终垂直
1、在平衡位置最大的有：
为零的有：
V
X F a
2、在弹簧的最大的伸长量或最大的压缩量：
最大的物理量有：
为零的物理量有：
X F a
V
3、 从A到 O是:加速度不断减小 , 速度增大过程。（O到A 呢）
下列物理量
速度V 加速度a 回复力F 位移X
思考1:弹簧振子为什么会做往复运动
答:1.存在力;
惯性.
思考2:这个力有什么特点
答:2.总是指向平衡位置.
物体做简谐运动时，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
A
B
C
D
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
总是指向平衡位置
1.定义:振动物体受到的总是指向平衡位置的力.
一、简谐运动的回复力
回复力是按力的作用效果命名的.
2.来源:
①回复力可以是弹力,也可以是其它力(包括摩擦力);
②可以是某一个力，或几个力的合力,或者某个力的分力.
3.公式:
“-” 表示回复力方向始终与位移方向相反.
(胡克定律)
k ----弹簧的劲度系数(常量)
x ----振子离开平衡位置的位移,简称位移,
方向总是背离平衡位置.
(1)大小:
一、简谐运动的回复力
(2)方向: 总是指向平衡位置.
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，并且总是指向平衡位置 (即与位移方向相反),质点的运动就是简谐运动.即回复力满足F= -kx 的运动就是简谐运动.
注意：
对一般的简谐运动,由于回复力不一定是弹簧的弹力,所以k不一定是劲度系数而是回复力与位移的比例系数.
一、简谐运动的回复力
4.简谐运动的动力学特点
5.简谐运动的运动学特点
一、简谐运动的回复力
6.简谐运动中x F a v的变化规律
B B→O O C C O O O→B
位移x 大小
方向
回复力F 大小
方向
加速度a 大小
方向
速度v 大小
方向
O→C
最大
向右
向左
向右
最大
向左
最大
向右
0
减小
增大
减小
向左
减小
减小
增大
向右
向右
向右
0
0
0
最大
向右
增大
增大
向左
向右
增大
向左
减小
向右
最大
向右
最大
向左
最大
向左
0
减小
向右
减小
减小
向左
向左
增大
向左
0
0
0
最大
向左
增大
增大
向右
向左
振
物理量
变
化
规
律
子
位
置
简谐运动中振子的受力及运动情况分析
(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。
简谐运动的加速度大小和方向都随时间做周期性的变化，所以:简谐运动是变加速运动.
A A →O O B B O O O→A
动能
势能
总能
O→B
振
物理量
变
化
规
律
子
位
置
思考：在简谐运动过程中，振子能量变化情况如何
二.简谐运动的能量
A A →O O B B O O O→A
动能 0 增大 最大 减小 0 增大 最大 减小
势能 最大 减小 0 增大 最大 减小 0 增大
总能 不变
O→B
振
物理量
变
化
规
律
子
位
置
思考：在简谐运动过程中，振子0能量变化情况如何？
1、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；
2、振动系统的能量与振动的振幅和劲度系数有关。
3.实际的振动总是要受到摩擦和阻力，因此在振动过程中需要不断克服外界阻力做功而消耗能量，振幅会逐渐减小，最终停下来.
二、简谐运动的能量
劲度系数越大,振幅越大，振动的能量越大。
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
二、简谐运动的能量
三、 简谐运动中的各个物理量变化规律
O
A
A A－O O O－B B
x
v
F、a
动能 势能
总机械能
向左减小
向右增大
向右减小
动能增大
势能减小
B
向右增大
向右减小
向左增大
动能减小
势能增大
不变
向左最大
向右最大
0
0
向右最大
0
0
向右最大
向左最大
动能最大
势能为0
动能为0
势能最大
动能为0
势能最大
O
B
A
F
F
例1.(多选)如图所示,弹簧振子在光滑水平杆上的A、B之间做往复运动,下列说法正确的是(　　)
A.弹簧振子运动过程中受重力、支持力和弹簧弹力的作用
B.弹簧振子运动过程中受重力、支持力、弹簧弹力和回复力作用
C.振子由A向O运动过程中,回复力增大
D.振子由O向B运动过程中,动能减小、势能增大
解析 回复力是根据效果命名的力,不是做简谐运动的物体受到的具体的力,它是由物体受到的具体的力所提供的,在此情景中弹簧的弹力充当回复力,故A项正确,B项错误;回复力与位移的大小成正比,由A向O运动过程中位移的大小在减小,故此过程回复力逐渐减小,C项错误;振子由O向B运动过程中,位移增大,势能增大;速度减小,动能减小,D项正确。
答案 AD
判断物体是否做简谐运动的方法：
(1)运动学法：振动图像;
(2)动力学法：F=- kx.
思考题：
竖直方向振动的弹簧振子所做的振动是简谐运动吗
证明:
竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动
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:
C点弹力:
振子受的回复力：
此时弹簧振子的回复力还是不是弹簧的弹力？
不是，是重力和弹力的合力。
证明:竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动
思维导图
[自我检测]
1.正误判断
(1)回复力是按性质命名的力。(　　)
解析 回复力是按效果命名的力。
答案 ×
(2)弹簧振子在运动过程中机械能守恒。(　　)
答案 √
(3)简谐运动过程中没有机械能损耗。(　　)
答案 √
(4)回复力是一个单独的力,是一种新的性质力。(　　)
答案 ×
(5)回复力的方向总是与位移的方向相反。(　　)
答案 √
1.(多选)如图所示,弹簧振子在光滑水平杆上的A、B之间做往复运动,下列说法正确的是(　　)
A.弹簧振子运动过程中受重力、支持力和弹簧弹力的作用
B.弹簧振子运动过程中受重力、支持力、弹簧弹力和回复力作用
C.振子由A向O运动过程中,回复力增大
D.振子由O向B运动过程中,动能减小、势能增大
巩固练习
解析 回复力是根据效果命名的力,不是做简谐运动的物体受到的具体的力,它是由物体受到的具体的力所提供的,在此情景中弹簧的弹力充当回复力,故A项正确,B项错误;回复力与位移的大小成正比,由A向O运动过程中位移的大小在减小,故此过程回复力逐渐减小,C项错误;振子由O向B运动过程中,位移增大,势能增大;速度减小,动能减小,D项正确。
答案 AD
巩固练习
2.(2021河北承德实验中学)关于简谐运动,下列说法正确的是(　　)
A.简谐运动是匀变速运动
B.简谐运动的回复力总是指向平衡位置
C.简谐运动的回复力可以是恒力
D.水平弹簧振子运动到平衡位置时,回复力为零,因此机械能一定为零
解析 简谐运动中加速度不断变化,是非匀变速运动,选项A错误;简谐运动的回复力总是与位移反向,即指向平衡位置,选项B正确;简谐运动的回复力满足F=-kx,则一定是变力,选项C错误;水平弹簧振子运动到平衡位置时,回复力为零,但是速度最大,动能不为零,选项D错误。
答案 B