2.3简谐运动的回复力和能量课件(共17张PPT) 高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册
文档属性
| 名称 | 2.3简谐运动的回复力和能量课件(共17张PPT) 高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 497.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-12-04 21:52:29 | ||
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文档简介
(共17张PPT)
2.3 简谐运动的回复力和能量
高中物理 选择性必修第一册
1. 会分析弹簧振子的受力情况，理解回复力的概念。
2. 会用能量观点分析弹簧振子动能、势能的变化情况，知道简谐运动中机械能守恒。
学习目标
引入
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。小球的受力满足什么特点才会做这种运动呢
问题：如图所示为放在光滑水平面上的弹簧振子的模型，O点为振子的平衡位置，A、O之间和B、O之间的距离都是x.
(1)振子在O点时受到几个力的作用？分别是什么力？(2)振子在A、B点时受到哪些力的作用？合力方向有什么特点？(3)除重力、支持力、弹簧弹力外，振子在O、A、B点还受到回复力的作用吗？回复力有什么特点？
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
所受的合力总是指向平衡位置
课堂引入
物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？
1.回复力:
(1)定义：振动质点受到的总能使其回到平衡位置的力．
(2)方向：指向平衡位置．
(3)表达式：F＝－kx.
(4)作用效果：把物体拉回到平衡位置
一、简谐运动的回复力
2.回复力的理解 :
回复力是按效果命名的力，它可以是一个力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。
加速度：
加速度随位移的变化而变化，所以简谐运动是一种非匀变速运动。
速度：
简谐运动是变加速运动，在平衡位置处速度最大，在最大位移处速度为零。速度的变化也具有周期性。
3、简谐运动的性质：是变加速运动
思考：如图所示，弹簧下面挂一小钢球，它所受的力与位移的关系也满足F＝－kx吗？x为弹簧的形变量吗？它振动的回复力由哪些力提供？它的振动是简谐运动吗？
M M→O O O→M' M' M'→O
位移
回复力
加速度
速度
动能
弹性势能
机械能
O→M
右；最大
左；最大
左；最大
0
0
最大
不变
右；
左；
左；
左；
不变
0
0
0
左；最大
最大
0
不变
左；
右；
右；
左；
不变
左；最大
右；最大
右；最大
0
0
最大
不变
左；
右；
右；
右；
不变
右；
左；
左；
右；
不变
二、简谐运动中各个物理量的变化规律
1、沿水平方向振动的弹簧振子
如图，弹簧一端固定在水平面上，并与地面垂直，小球与弹簧连接，小球由B点（此时弹簧为原长）静止释放，O对应平衡位置，振子在A、B间做简谐振动。（1）O点，合力为0，动能最大，重力等于弹簧弹力，势能最小，势能包括 能和 能。（2）B->O，合力向下，合力做 功（填“正”或“负”），动能 ，重力势能和弹性势能之和 。（填“增加”或“减小”）（3）O->A，合力向上，合力做 功（填“正”或“负”），动能 ，重力和弹性势能之和 。（填“增加”或“减小”）
2、沿竖直方向振动的弹簧振子的能量
三、简谐运动的能量
2、简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大,振动的能量越大
1、简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒。
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
当堂检测
1.一水平放置的弹簧振子的振动图像如图所示,由图可知 ( )
A.在t1时刻,振子的动能最大,所受的弹力最大
B.在t2时刻,振子的动能最大,所受的弹力最小
C.在t3时刻,振子的动能最大,所受的弹力最小
D.在t4时刻,振子的动能最大,所受的弹力最大。
B
2．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受力的说法中正确的是( )
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
D
3．光滑的水平面上放有质量分别为m和m的两木块，下方木块与一劲度系数为k的弹簧相连，弹簧的另一端固定在墙上，如图所示。已知两木块之间的最大静摩擦力为Ff ，为使这两个木块组成的系统能像一个整体一样一起振动，系统的最大振幅为( )
A. Ff /k B. 2Ff /k
C. 3Ff /k D. 4Ff /k
C
4、如图所示，一弹簧振子在A、B之间做简谐运动，平衡位置为O，已知振子的质量为M.
(1)简谐运动的能量取决于________，振子振动时动能和________相互转化，总机械能________．(2)(多选)振子在振动过程中，下列说法正确的是( )．A．振子在平衡位置，动能最大，势能最小B．振子在最大位移处，势能最大，动能最小C．振子在向平衡位置运动时，由于振子振幅减小，故总机械能减小D．在任意时刻，动能与势能之和保持不变(3)(多选)若振子运动到B处时将一质量为m的物体放到振子的上面，且物体和振子(无相对滑动)一起运动，下列说法正确的是( )．A．振幅不变 B．振幅减小C．最大动能不变 D．最大动能减小
5.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，它以平衡位置O为对称中心在A、B之间振动，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，动能最大，加速度最大C．小球从A经O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，振子振动的能量不断增加
A
本课小结
1.简谐运动的动力学特征，分析受力，分析回复力的来源，由牛顿第二定律可知：加速度a＝，显然加速度与位移成正比，与位移方向始终相反．
2、从能量的角度来把握简谐运动，动能和势能相互转化，机械能守恒。
2.3 简谐运动的回复力和能量
高中物理 选择性必修第一册
1. 会分析弹簧振子的受力情况，理解回复力的概念。
2. 会用能量观点分析弹簧振子动能、势能的变化情况，知道简谐运动中机械能守恒。
学习目标
引入
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。小球的受力满足什么特点才会做这种运动呢
问题：如图所示为放在光滑水平面上的弹簧振子的模型，O点为振子的平衡位置，A、O之间和B、O之间的距离都是x.
(1)振子在O点时受到几个力的作用？分别是什么力？(2)振子在A、B点时受到哪些力的作用？合力方向有什么特点？(3)除重力、支持力、弹簧弹力外，振子在O、A、B点还受到回复力的作用吗？回复力有什么特点？
O
A
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x
x
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F
F
F
F
F
F
所受的合力总是指向平衡位置
课堂引入
物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？
1.回复力:
(1)定义：振动质点受到的总能使其回到平衡位置的力．
(2)方向：指向平衡位置．
(3)表达式：F＝－kx.
(4)作用效果：把物体拉回到平衡位置
一、简谐运动的回复力
2.回复力的理解 :
回复力是按效果命名的力，它可以是一个力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。
加速度：
加速度随位移的变化而变化，所以简谐运动是一种非匀变速运动。
速度：
简谐运动是变加速运动，在平衡位置处速度最大，在最大位移处速度为零。速度的变化也具有周期性。
3、简谐运动的性质：是变加速运动
思考：如图所示，弹簧下面挂一小钢球，它所受的力与位移的关系也满足F＝－kx吗？x为弹簧的形变量吗？它振动的回复力由哪些力提供？它的振动是简谐运动吗？
M M→O O O→M' M' M'→O
位移
回复力
加速度
速度
动能
弹性势能
机械能
O→M
右；最大
左；最大
左；最大
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最大
不变
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不变
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左；最大
最大
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左；最大
右；最大
右；最大
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最大
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不变
右；
左；
左；
右；
不变
二、简谐运动中各个物理量的变化规律
1、沿水平方向振动的弹簧振子
如图，弹簧一端固定在水平面上，并与地面垂直，小球与弹簧连接，小球由B点（此时弹簧为原长）静止释放，O对应平衡位置，振子在A、B间做简谐振动。（1）O点，合力为0，动能最大，重力等于弹簧弹力，势能最小，势能包括 能和 能。（2）B->O，合力向下，合力做 功（填“正”或“负”），动能 ，重力势能和弹性势能之和 。（填“增加”或“减小”）（3）O->A，合力向上，合力做 功（填“正”或“负”），动能 ，重力和弹性势能之和 。（填“增加”或“减小”）
2、沿竖直方向振动的弹簧振子的能量
三、简谐运动的能量
2、简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大,振动的能量越大
1、简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒。
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
当堂检测
1.一水平放置的弹簧振子的振动图像如图所示,由图可知 ( )
A.在t1时刻,振子的动能最大,所受的弹力最大
B.在t2时刻,振子的动能最大,所受的弹力最小
C.在t3时刻,振子的动能最大,所受的弹力最小
D.在t4时刻,振子的动能最大,所受的弹力最大。
B
2．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受力的说法中正确的是( )
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
D
3．光滑的水平面上放有质量分别为m和m的两木块，下方木块与一劲度系数为k的弹簧相连，弹簧的另一端固定在墙上，如图所示。已知两木块之间的最大静摩擦力为Ff ，为使这两个木块组成的系统能像一个整体一样一起振动，系统的最大振幅为( )
A. Ff /k B. 2Ff /k
C. 3Ff /k D. 4Ff /k
C
4、如图所示，一弹簧振子在A、B之间做简谐运动，平衡位置为O，已知振子的质量为M.
(1)简谐运动的能量取决于________，振子振动时动能和________相互转化，总机械能________．(2)(多选)振子在振动过程中，下列说法正确的是( )．A．振子在平衡位置，动能最大，势能最小B．振子在最大位移处，势能最大，动能最小C．振子在向平衡位置运动时，由于振子振幅减小，故总机械能减小D．在任意时刻，动能与势能之和保持不变(3)(多选)若振子运动到B处时将一质量为m的物体放到振子的上面，且物体和振子(无相对滑动)一起运动，下列说法正确的是( )．A．振幅不变 B．振幅减小C．最大动能不变 D．最大动能减小
5.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，它以平衡位置O为对称中心在A、B之间振动，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，动能最大，加速度最大C．小球从A经O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，振子振动的能量不断增加
A
本课小结
1.简谐运动的动力学特征，分析受力，分析回复力的来源，由牛顿第二定律可知：加速度a＝，显然加速度与位移成正比，与位移方向始终相反．
2、从能量的角度来把握简谐运动，动能和势能相互转化，机械能守恒。