人教版2019高中物理选择性必修一2.3简谐运动的回复力和能量 课件(共19张PPT)

(共19张PPT)
2.3简谐运动的回复力和能量
学习
目标
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
复习：简谐运动的表达式是怎样的？
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。
？？？
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
物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？
O
A
B
C
D
x
x
x
x
x
x
F
F
F
F
F
F
1.定义：
3.方向:
方向始终指向平衡位置
使振子回到平衡位置的力
一.简谐运动的回复力
2.公式:
比例系数(常量)
离开平衡位置的位移
“-”表示回复力方向始终与位移方向相反
简谐运动的定义的另一种表述：
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
简谐运动的动力学特征
简谐运动的运动学特征
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；
证明振动的图象为正弦图象即可
简谐运动的两种证明
证明：在劲度系数为k，原长为L0，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
a
静止位置
b
c
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
A随B 一起振动
A的回复力由静摩擦力提供
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.
简谐运动回复力来源
【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
思考
二.简谐运动的能量
做简谐运动的物体，一个周期内能量是如何变化的？
Q Q→O O O→P P P→O O O→Q
位移
回复力
加速度
速度
动能
弹性势能
机械能
最大(左)
0
0
最大
不变
不变
0
0
0
最大
0
不变
不变
0
0
最大
不变
不变
不变
最大(右)
最大(右)
最大(右)
最大(左)
最大(左)
最大(右)
0
0
0
最大
0
不变
最大(左)
右；
右；
左；
右；
右；
左；
左；
左；
右；
右；
左；
右；
左；
左；
左；
右；
Q Q→O O O→P P P→O O O→Q
位移
回复力
加速度
速度
动能
弹性势能
机械能
最大(左)
0
0
最大
不变
不变
0
0
0
最大
0
不变
不变
0
0
最大
不变
不变
不变
最大(右)
最大(右)
最大(右)
最大(左)
最大(左)
最大(右)
0
0
0
最大
0
不变
最大(左)
右；
右；
左；
右；
右；
左；
左；
左；
右；
右；
左；
右；
左；
左；
左；
右；
1.位移、回复力、加速度x三者同步变化,与速度的变化相反。
最大位移处:x、F、a、Ep最大，v、Ek为零；
2.把握两个特殊位置
平衡位置处:x、F、a、Ep为零，v、Ek最大.
3.两个过程:
①向平衡位置O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
Q Q→O O O→P P P→O O O→Q
位移
回复力
加速度
速度
动能
弹性势能
机械能
最大(左)
0
0
最大
不变
不变
0
0
0
最大
0
不变
不变
0
0
最大
不变
不变
不变
最大(右)
最大(右)
最大(右)
最大(左)
最大(左)
最大(右)
0
0
0
最大
0
不变
最大(左)
右；
右；
左；
右；
右；
左；
左；
左；
右；
右；
左；
右；
左；
左；
左；
右；
【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,振动的能量不断增加
答案:AB
【变式训练2】 下图为某个弹簧振子做简谐运动的振动图像,由图像可知(　　)
A.在0.1 s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
答案:B