2.3 简谐运动的回复力和能量 (共20张PPT) 课件 2024-2025学年高二物理人教版（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 (共20张PPT) 课件 2024-2025学年高二物理人教版（2019）选择性必修第一册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-09-23 17:00:18 | ||
图片预览
文档简介
(共20张PPT)
第二章 机械振动
第3节 简谐运动的回复力和能量
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，知道简谐运动中机械能守恒。
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。
思考1:小球为什么会做往复运动
存在力和惯性
思考2:小球的受力满足什么特点才会做这种运动呢？
O
A
B
X
X
X
X
X
X
F
F
F
F
F
F
物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？
总是指向平衡位置
1. 回复力
（1）定义：
（2）方向：跟振子偏离平衡位置的位移方向相反，总是指向平衡位置。
（3）效果：总是把物体拉回到平衡位置
回复力是按力的作用效果命名的
振动物体受到的总是指向平衡位置的力，这个力叫回复力。
知识点一：简谐运动的回复力
（4）回复力的来源
回复力由弹簧的弹力提供
回复力由弹簧的弹力与重力的合力提供
m随M 一起振动，m的回复力是静摩擦力
物体在振动方向上的合力。
回复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。
①物体沿直线振动时回复力就是合力；
沿圆弧振动时回复力是合力在圆弧切线方向上的分力。
②物体做简谐运动到平衡位置时，回复力为零，但合力可能不为零。
2. 简谐运动的动力学特征
k 是比例系数，其值由振动系统决定，与振幅无关
“-” 表示回复力方向始终与位移方向相反
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。
回复力满足 的运动就是简谐运动
简谐振动的另一种表述：
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。
3. 简谐运动的运动学特征
做简谐运动的物体，在运动的过程中，加速度是如何变化的？
表明弹簧振子做简谐运动时振子的加速度 a 总与位移的大小成正比，方向与位移的方向相反。
a 与 F 的变化规律相同
简谐运动是一种变加速的往复运动
根据牛顿第二定律得，
4. 简谐运动的两种证明
（1）根据简谐运动的运动学特征：
证明振动的图象为正弦图象即可
（2）根据简谐运动的动力学特征
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；
以竖直方向振动的弹簧振子为例：
证明:
①平衡状态时有:
②当向下拉动 x 长度时弹簧所受的合外力为：
(符合简谐运动的公式)
mg = -kx0
F = -k(x+x0) + mg
F = -k(x+x0) kx0
= -kx
理论上可以证明，如果物体所受的力具有 的形式，物体就做简谐运动。
弹簧振子中小球的速度在不断变化，因而它的动能在不断变化；弹簧的伸长量或压缩量在不断变化，因而它的势能也在不断变化。弹簧振子的能量变化具有什么规律呢？
O
D
C
B
A
O
D
C
B
A
A A→O O A→O B
x
动能
势能
简谐运动中的各个物理量变化规律
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
知识点二：简谐运动的能量
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。
2.简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大。
t
E
O
机械能
势能
动能
A
B
O
（1）当物体从最大位移处向平衡位置运动时，由于与的
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，由于与的
方向相反，物体做加速度越来越大的减速运动。
3.简谐运动是一种变加速运动：
（1）关于平衡位置的对称点：
①a、F、x大小相等，方向相反；Ek=Ep；
②v大小相等，方向可正可负。
（2）先后通过同一位置：
①a、F、x、Ek、Ep均相等；
②v大小相等，方向相反。
4.简谐运动中的特殊关系：
1.（多选）在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，下列各组中描述振动的物理量总是相同的是（ ）
A、加速度、回复力和位移
B、速度、加速度、动能
C、加速度、动能和位移
D、位移、动能、回复力
ACD
2.做简谐运动的物体，当位移为负值时，以下说法正确的是（ ）
A、速度不一定为负值，加速度一定为负值
B、速度一定为负值，加速度一定为正值
C、速度不一定为正值，但加速度一定为正值
D、速度一定为正值，加速度一定为正值
C
3.如图所示是竖直方向的弹簧振子在0~0.4 s内做简谐运动的图像，由图像可知（ ）
C
A、在0.25~0.3 s内，弹簧振子受到的回复力越来越小
B、t=0.7 s时刻，弹簧振子的速度最大
C、系统的动能和势能相互转化的周期为0.2 s
D、系统的动能和势能相互转化的周期为0.4 s
4.当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法不正确的（ ）
A．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
B．振子在振动过程中，速度相同时，弹簧的长度一定相等
C．振子在振动过程中，系统的机械能一定守恒
D．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
AB
1.回复力：使振动回到平衡位置的力。
F=－kx
2.物体做简谐运动的判断方法：
①回复力是否满足F=－kx。
②振动图像（x-t图像）是否是正弦函数。
3.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。
第二章 机械振动
第3节 简谐运动的回复力和能量
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，知道简谐运动中机械能守恒。
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。
思考1:小球为什么会做往复运动
存在力和惯性
思考2:小球的受力满足什么特点才会做这种运动呢？
O
A
B
X
X
X
X
X
X
F
F
F
F
F
F
物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？
总是指向平衡位置
1. 回复力
（1）定义：
（2）方向：跟振子偏离平衡位置的位移方向相反，总是指向平衡位置。
（3）效果：总是把物体拉回到平衡位置
回复力是按力的作用效果命名的
振动物体受到的总是指向平衡位置的力，这个力叫回复力。
知识点一：简谐运动的回复力
（4）回复力的来源
回复力由弹簧的弹力提供
回复力由弹簧的弹力与重力的合力提供
m随M 一起振动，m的回复力是静摩擦力
物体在振动方向上的合力。
回复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。
①物体沿直线振动时回复力就是合力；
沿圆弧振动时回复力是合力在圆弧切线方向上的分力。
②物体做简谐运动到平衡位置时，回复力为零，但合力可能不为零。
2. 简谐运动的动力学特征
k 是比例系数，其值由振动系统决定，与振幅无关
“-” 表示回复力方向始终与位移方向相反
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。
回复力满足 的运动就是简谐运动
简谐振动的另一种表述：
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。
3. 简谐运动的运动学特征
做简谐运动的物体，在运动的过程中，加速度是如何变化的？
表明弹簧振子做简谐运动时振子的加速度 a 总与位移的大小成正比，方向与位移的方向相反。
a 与 F 的变化规律相同
简谐运动是一种变加速的往复运动
根据牛顿第二定律得，
4. 简谐运动的两种证明
（1）根据简谐运动的运动学特征：
证明振动的图象为正弦图象即可
（2）根据简谐运动的动力学特征
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；
以竖直方向振动的弹簧振子为例：
证明:
①平衡状态时有:
②当向下拉动 x 长度时弹簧所受的合外力为：
(符合简谐运动的公式)
mg = -kx0
F = -k(x+x0) + mg
F = -k(x+x0) kx0
= -kx
理论上可以证明，如果物体所受的力具有 的形式，物体就做简谐运动。
弹簧振子中小球的速度在不断变化，因而它的动能在不断变化；弹簧的伸长量或压缩量在不断变化，因而它的势能也在不断变化。弹簧振子的能量变化具有什么规律呢？
O
D
C
B
A
O
D
C
B
A
A A→O O A→O B
x
动能
势能
简谐运动中的各个物理量变化规律
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
知识点二：简谐运动的能量
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。
2.简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大。
t
E
O
机械能
势能
动能
A
B
O
（1）当物体从最大位移处向平衡位置运动时，由于与的
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，由于与的
方向相反，物体做加速度越来越大的减速运动。
3.简谐运动是一种变加速运动：
（1）关于平衡位置的对称点：
①a、F、x大小相等，方向相反；Ek=Ep；
②v大小相等，方向可正可负。
（2）先后通过同一位置：
①a、F、x、Ek、Ep均相等；
②v大小相等，方向相反。
4.简谐运动中的特殊关系：
1.（多选）在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，下列各组中描述振动的物理量总是相同的是（ ）
A、加速度、回复力和位移
B、速度、加速度、动能
C、加速度、动能和位移
D、位移、动能、回复力
ACD
2.做简谐运动的物体，当位移为负值时，以下说法正确的是（ ）
A、速度不一定为负值，加速度一定为负值
B、速度一定为负值，加速度一定为正值
C、速度不一定为正值，但加速度一定为正值
D、速度一定为正值，加速度一定为正值
C
3.如图所示是竖直方向的弹簧振子在0~0.4 s内做简谐运动的图像，由图像可知（ ）
C
A、在0.25~0.3 s内，弹簧振子受到的回复力越来越小
B、t=0.7 s时刻，弹簧振子的速度最大
C、系统的动能和势能相互转化的周期为0.2 s
D、系统的动能和势能相互转化的周期为0.4 s
4.当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法不正确的（ ）
A．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
B．振子在振动过程中，速度相同时，弹簧的长度一定相等
C．振子在振动过程中，系统的机械能一定守恒
D．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
AB
1.回复力：使振动回到平衡位置的力。
F=－kx
2.物体做简谐运动的判断方法：
①回复力是否满足F=－kx。
②振动图像（x-t图像）是否是正弦函数。
3.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。