高中物理选修3-4 11.3 简谐运动的回复力和能量(共29张PPT)
文档属性
| 名称 | 高中物理选修3-4 11.3 简谐运动的回复力和能量(共29张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-03-09 08:02:22 | ||
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文档简介
(共29张PPT)
1、描述简谐运动的物理量
振幅：描述振动强弱；
周期和频率：描述振动快慢;
相位：描述振动步调.
2、简谐运动的表达式：
复习回顾
第三节
简谐运动的回复力和能量
回复力：振动物体偏离平衡位置后，所受到的使它回到平衡位置的力。
一.简谐运动的回复力
1.定义:
2.特点:
方向始终指向平衡位置,按力的作用效果命名
使振子回到平衡位置的力
3.来源：
振动方向上的合外力
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，方向相反（始终指向平衡位置）,质点的运动就是简谐运动。
5.简谐运动的动力学特点（条件）：
6.简谐运动的运动学特点：
4.公式：
一.简谐运动的回复力
A
1
N
mg
F
效果力
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
2、找回复力
3、找F=kx
4、找方向关系
做一做
证明:竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动
做一做
证明:平衡状态时有:
当向下拉动x长度时弹簧所受的合外力为
KX0
mg
mg
K（X+X0)
F
振动方向上合力F与位移X方向相反，故
F=
-
kx成立，该振动为简谐运动
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
分析总结：结合下图完成下表
A
B
O
位移：Xm
X=0
Xm
回复力：Fm
F=0
Fm
加速度：am
a=0
am
势能：Epm
Ep=0
Epm
总机械能：
E
E
E
动能：Ek=
0
Ekm
Ek=
0
速度：V=0
Vm
V=0
D
2
A
B
O
X↓
F↓
a↓
V↑
→
→
→
.简谐运动的特点：
1、回复力与位移成正比而方向相反，总是指向平衡位置。
2、简谐运动是一种理想化的运动，振动过程中无阻力，所以振动系统机械能守恒。
3、简谐运动是一种非匀变速运动。
4、具有往复性，对称性、周期性
简谐振动中的对称关系
（1）关于平衡位置的
对称点
①a、F、X大小相同，方向相反；动能势能相同
②V大小相同，方向不一定
（2）先后通过同一位置
①a、F、X，动能势能相同
②V大小相同，方向相反
ABD
3
X大小相同
→
EP相同
→
Ek相同
A
B
O
a
b
振子连续两次通过P位置，下列各量哪些是相同的？
位移（
）
回复力（
）
加速度（
）
动能（
）
势能（
）
速率（
）
速度（
）
动量（
）
√
×
√
√
√
√
√
×
O
B
A
P
x
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
简谐运动的能量由劲度系数和振幅决定.
二.简谐运动的能量
从平衡位置开始计时，取向右为正方向
三.简谐运动中各个物理量的变化规律
4
5
AD
C
小结
1、回复力：使振动物体回到平衡位置的力.
2、简谐运动回复力的特点：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，方向相反,（始终指向平衡位置）,质点的运动就是简谐运动。
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.
O
分析：
沿振动方向有两个力，弹簧的弹力和重力的分力，二者的合力提供回复力
设平衡时弹簧的伸长量为x0，则有
此时回复力为零，该位置为平衡位置记为O。
若拉长x，则弹力为F∕=k(x0+x)
此时回复力F=F∕-mgsinθ=kx，而F方向与x方向相反。
故
F=
-
kx成立
该振动为简谐运动
x
mgsinθ
F∕
课本第12页第一题
BC
6
A
B
O
BC
7
A
B
O
ABC
8
B处速度为0
放m上时无能量损失
↑
↑
？若在o点轻放m则应选（
）
BD
D
9
a=0
g
↓
↑
g
V
V
V=0
a>g
Vm
向下压缩弹簧
KX
mg
对称性
10
C
整体：kA=（3m/2）am
对于m/2：Ff=（m/2）am
11
AC
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
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
判断物体是否做简谐运动的方法：
（1）根据物体的振动图像去判断
（2）根据回复力的规律F=-kx去判断
思考：
竖直方向振动的弹簧振子所做的振动是简谐运动吗？
竖直方向振动的弹簧振子所做的振动是简谐运动吗？
【思考题】
判断物体是否做简谐运动的方法：
（2）根据回复力的规律F=-kx去判断
（1）根据物体的振动图像去判断
证明:竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动
①找平衡位置
在平衡位置处
②找回复力
指向平衡位置的合力
将小球拉离平衡位置到c点，
此时偏离平衡位置的位移为x,方向向下
方向向上
③找F=kx
x偏离平衡位置的位移
④找方向关系
证明:平衡状态时有:
mg=-kx0
当向下拉动x长度时弹簧所受的合外力为
F=-k(x+x0)+mg
=-kx-kx0+mg
=-kx
(符合简谐运动的公式)
1、描述简谐运动的物理量
振幅：描述振动强弱；
周期和频率：描述振动快慢;
相位：描述振动步调.
2、简谐运动的表达式：
复习回顾
第三节
简谐运动的回复力和能量
回复力：振动物体偏离平衡位置后，所受到的使它回到平衡位置的力。
一.简谐运动的回复力
1.定义:
2.特点:
方向始终指向平衡位置,按力的作用效果命名
使振子回到平衡位置的力
3.来源：
振动方向上的合外力
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，方向相反（始终指向平衡位置）,质点的运动就是简谐运动。
5.简谐运动的动力学特点（条件）：
6.简谐运动的运动学特点：
4.公式：
一.简谐运动的回复力
A
1
N
mg
F
效果力
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
2、找回复力
3、找F=kx
4、找方向关系
做一做
证明:竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动
做一做
证明:平衡状态时有:
当向下拉动x长度时弹簧所受的合外力为
KX0
mg
mg
K（X+X0)
F
振动方向上合力F与位移X方向相反，故
F=
-
kx成立，该振动为简谐运动
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
分析总结：结合下图完成下表
A
B
O
位移：Xm
X=0
Xm
回复力：Fm
F=0
Fm
加速度：am
a=0
am
势能：Epm
Ep=0
Epm
总机械能：
E
E
E
动能：Ek=
0
Ekm
Ek=
0
速度：V=0
Vm
V=0
D
2
A
B
O
X↓
F↓
a↓
V↑
→
→
→
.简谐运动的特点：
1、回复力与位移成正比而方向相反，总是指向平衡位置。
2、简谐运动是一种理想化的运动，振动过程中无阻力，所以振动系统机械能守恒。
3、简谐运动是一种非匀变速运动。
4、具有往复性，对称性、周期性
简谐振动中的对称关系
（1）关于平衡位置的
对称点
①a、F、X大小相同，方向相反；动能势能相同
②V大小相同，方向不一定
（2）先后通过同一位置
①a、F、X，动能势能相同
②V大小相同，方向相反
ABD
3
X大小相同
→
EP相同
→
Ek相同
A
B
O
a
b
振子连续两次通过P位置，下列各量哪些是相同的？
位移（
）
回复力（
）
加速度（
）
动能（
）
势能（
）
速率（
）
速度（
）
动量（
）
√
×
√
√
√
√
√
×
O
B
A
P
x
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
简谐运动的能量由劲度系数和振幅决定.
二.简谐运动的能量
从平衡位置开始计时，取向右为正方向
三.简谐运动中各个物理量的变化规律
4
5
AD
C
小结
1、回复力：使振动物体回到平衡位置的力.
2、简谐运动回复力的特点：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，方向相反,（始终指向平衡位置）,质点的运动就是简谐运动。
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.
O
分析：
沿振动方向有两个力，弹簧的弹力和重力的分力，二者的合力提供回复力
设平衡时弹簧的伸长量为x0，则有
此时回复力为零，该位置为平衡位置记为O。
若拉长x，则弹力为F∕=k(x0+x)
此时回复力F=F∕-mgsinθ=kx，而F方向与x方向相反。
故
F=
-
kx成立
该振动为简谐运动
x
mgsinθ
F∕
课本第12页第一题
BC
6
A
B
O
BC
7
A
B
O
ABC
8
B处速度为0
放m上时无能量损失
↑
↑
？若在o点轻放m则应选（
）
BD
D
9
a=0
g
↓
↑
g
V
V
V=0
a>g
Vm
向下压缩弹簧
KX
mg
对称性
10
C
整体：kA=（3m/2）am
对于m/2：Ff=（m/2）am
11
AC
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
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
判断物体是否做简谐运动的方法：
（1）根据物体的振动图像去判断
（2）根据回复力的规律F=-kx去判断
思考：
竖直方向振动的弹簧振子所做的振动是简谐运动吗？
竖直方向振动的弹簧振子所做的振动是简谐运动吗？
【思考题】
判断物体是否做简谐运动的方法：
（2）根据回复力的规律F=-kx去判断
（1）根据物体的振动图像去判断
证明:竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动
①找平衡位置
在平衡位置处
②找回复力
指向平衡位置的合力
将小球拉离平衡位置到c点，
此时偏离平衡位置的位移为x,方向向下
方向向上
③找F=kx
x偏离平衡位置的位移
④找方向关系
证明:平衡状态时有:
mg=-kx0
当向下拉动x长度时弹簧所受的合外力为
F=-k(x+x0)+mg
=-kx-kx0+mg
=-kx
(符合简谐运动的公式)