2.3简谐运动的回复力和能量课件 (共19张PPT) 高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

(共19张PPT)
2.3简谐运动的回复力和能量
1.知道简谐运动的回复力及表达式
2.会定性分析位移、速度、加速
度、回复力、动能、势能及机械能
的变化情况
学习
目标
M' M
M':左最大位移 O: 平衡位置 M: 右最大位移
复习：简谐运动的表达式是怎样的
x=Asin (wt+φ)
M' M
M': 左最大位移 O: 平衡位置 M: 右最大位移
当我们把弹簧振子的小球拉离平衡位置释放
后，小球就会在平衡位置附近做简谐运动。
物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点
一 .简谐运动的回复力
1.定义：使振子回到平衡位置的力
2.公式： "_"表示回复力方向始终与位移
方向相反
F=- 离开平衡位置的位移
比例系数(常量)
3.方向：方向始终指向平衡位置
如果质点所受的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，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
简谐运动的定义的另一种表述：
简谐运动的两种证明
简谐运动的运动学特征
证明振动的图象为正弦
图象即可
1.需证明回复力与位移
的大小关系；
2.需证明回复力与位移
的方向关系；
简谐运动的动力学特征
证明：在劲度系数为k, 原长为L, 固定于一点的弹簧下端挂一质
量为m的小球，释放后小球做上下振动，此时弹簧没有超出弹性 限度，小球的振动是简谐运动吗
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.
原长位置
静止位置
X
C
回复力是效果力，可以是一个力单独提供，也可由几
个力的合力提供，或由某个力的分力提供.
A 随B 一起振动
A 的回复力由静摩
擦力提供
回复力由弹簧
的弹力与重力 的合力提供
回复力由弹簧
的弹力提供
简谐运动回复力来源
州 州 心
典型例题
【例题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、弹簧弹力和回复力的作用
C.振子由A向O 运动过程中，回复力逐渐增大
D.振子由O 向B运动过程中，回复力的方向指向平衡位置
答案：AD
【变式训练1】如图所示，弹簧振子B 上放一个物块A,在A与B一起做简谐
运动的过程中，下列关于A受力的说法正确的是( )
A.物块A受重力、支持力及弹簧对它的恒定的弹力
B.物块A 受重力、支持力及弹簧对它的大小和方向都随时间变化的弹力
C.物块A 受重力、支持力及B对它的恒定的摩擦力
D.物块A 受重力、支持力及B 对它的大小和方向都随时间变化的摩擦力
答案：D
-VWWWWWWW
A
B
做简谐运动的物体， 一个周期内能量是如何变化的
1
I
Q 0 P X
二.简谐运动的能量
0 0→0 0 →P P P→0 )
0→Q
位移 最大(左) 左 ； 0 右 ； 最大(右) 右 ； 0
左 ；
回复力 最大(右) 右 ； 0 左 ； 最大(左) 左 ； 0
右 ；
加速度 最大(右) 右 ； 0 左 ； 最大(左) 左 ； 0
右 ；
速度 0 右 ； 最大(右) 右 ； 0 左 ； 最大(左)
左 ；
动能 0 最大 0 最大
弹性势能 最大 0 最大 0
机械能
Q 0 P X
Q Q→0 0 P P→0 0 0→Q
位移 最大(左) 左 0 最大(右) 右 0 左
回复力 最大(右) 右 0 最大(左) 左 0 右
加速度 最大(右) 右 0 左 最大(左) 左 ； 0 右
速度 0 右 ； 最大(右) 0 左 ； 最大(左) 左 ；
动能 0 最大 0 最大
弹性势能 最大 0 最大 0
机械能
1.位移、回复力、加速度x三者同步变化，与速度的变化相反。
2.把握两个特殊位置
最大位移处：x、F、a、E 最大， v、E 为零；
平衡位置处：x、F、a、E, 为零， v、E 最大.
Q Q→0 0 0→P P P→0 0
0→Q
位移 最大(左) 左 ； 0 右 ； 最大(右) 右 ； 0
左 ；
回复力 最大(右) 右 ； 0 左 ； 最大(左) 左 ； 0
右 ；
加速度 最大(右) 右 ； 0 左 ； 最大(左) 左 ； 0
右 ；
速度 0 右 ； 最大(右) 右 ； 0 左 ； 最大(左)
左 ；
动能 0 最大 0 最大
弹性势能 最大 0 最大 0
机械能 不变 不变 不变 不变 不变 不变 不变
不变
3.两个过程：
①向平衡位置0靠近的过程：速度、动能变大；
②远离平衡位置O的过程：位移、加速度、回复力和势能变大。 4.动能势能相互转化，机械能不变
【例题2 】 (多选)把一个小球套在光滑细杆上，球与轻弹簧相连组成弹簧
振子，小球沿杆在水平方向做简谐运动，它围绕平衡位置O 在A、B 间振动，如 图所示，下列结论正确的是( )
A.小球在O 位置时，动能最大，加速度最小
B.小球在A、B 位置时，势能最大，加速度最大
C.小球从A经0到B 的过程中，回复力一直做正功
D.小球从B到O 的过程中，振动的能量不断增加
答案：AB
像可知( )
A.在0.1s时，由于位移为零，所以振动能量为零
B.在0.2 s时，振子具有最大势能
C.在0.35 s时，振子具有的能量尚未达到最大值
D.在0.4 s时，振子的动能最大
【变式训练2 】 下图为某个弹簧振子做简谐运动的振动图像，由图
答 案 ：B
简谐运动的能 量与振幅有关
简谐运动的能量
简谐运动机械 能守恒
回复力的概念
简谐运动的动力
学特征F=-kx
简谐运动的回 复力和能量
简谐运动
的回复力