(共17张PPT)
简谐运动的回复力和能量
人教版
选择性必修1
新知导入
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?
新知讲解
思考：
1、小球往复运动过程中，在各点的受力情况如何？
2、小球受到的合力的效果是什么？
新知讲解
3、弹簧振子在运动过程所受的力有什么特点？
小球所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，方向总是与偏离平衡位置位移的方向相反，即受力方向总是指向平衡位置，它的作用是把物体拉回到平衡位置。
通常把这个力称为回复力。
新知讲解
简谐运动：
如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。
一、简谐运动的回复力
课堂练习
1、一圆柱体的木块浮在水面上，将木块向下压一段距离后释放，木块没有完全被水浸没。木块的运动是简谐运动吗？证明你的结论？
证明：
平衡位置：mg=F浮
平衡位置时，浮力：F浮=ρ水g
v水=
ρ水gsh
将木块再向下移动x，以竖直向下为正方向
合外力大小为：F合=ρ水gs(h+x)-mg=ρ水gsx
合外力方向为：竖直向上
因此合外力表达为：
F回=-ρ水gsx
所以木块的运动为简谐运动
新知讲解
做一做：观察弹簧振子的运动情况，结合教材内容，完成表格
二、简谐运动的能量
新知讲解
振子的运动
Q
Q→O
O
O→P
P
位移的大小
速度的大小
振子的动能
弹簧的势能
系统总能量
最大
减小
0
增大
最大
0
增大
最大
减小
0
0
增大
最大
减小
0
最大
减小
0
增大
最大
不变
不变
不变
不变
不变
理论上可以证明，在弹簧振子运动的任意位置，系统的动能与势能之和都是一定的，
遵守机械能守恒定律。
实际的运动都有一定的能量损耗，所以简谐运动是一种理想化的模型。
课堂练习
2、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,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,振子振动的机械能不断增加
解析：小球在平衡位置O时,弹簧处于原长,弹性势能为零,动能最大,位移为零,加速度为零,A项正确;在最大位移A、B处,动能为零,加速度最大,B项错误;由A→O回复力做正功,由O→B,回复力做负功,C项错误;由B→O动能增加,弹性势能减小,总机械能不变,D项错误。
A
拓展提高
1、关于简谐运动的回复力,下列说法正确的是( )
A.可以是恒力
B.可以是方向不变而大小变化的力
C.可以是大小不变而方向改变的力
D.可以是大小变化、方向变化的力
解析：回复力特指使振动物体回到平衡位置的力,对简谐运动而言,其大小必与位移大小成正比,方向与位移方向相反,选项D正确。
D
拓展提高
2、如图所示,质点沿x轴做简谐运动,平衡位置为坐标原点O,质点由A经O向B运动,质点经过A点和B点时速度相同,且tAB=0.2
s;质点由B点再次回到A点用的最短时间tBA=0.4
s。则该质点做简谐运动的频率为( )
A.1
Hz
B.1.25
Hz
C.2
Hz
D.2.5
Hz
B
拓展提高
3、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
解析：由题图知t1和t3时刻,振子分别处于正向最大位移和负向最大位移处,速度为零,动能为零;弹簧形变最大,振子所受弹力最大,可见选项A、C均错误。由题图知t2和t4时刻,振子处于平衡位置,速度最大,动能最大;弹簧无形变,振子所受弹力最小,可见选项B正确,选项D错误。
B
课堂总结
简谐运动的回复力和能量
简谐运动的回复力
简谐运动的能量
简谐运动的动力学特征F=-
kx
回复力的概念
简谐运动的能量与振幅有关
简谐运动机械能守恒
板书设计
简谐运动的回复力和能量
简谐运动的回复力
简谐运动的能量
简谐运动的动力学特征F=-
kx
回复力的概念
简谐运动的能量与振幅有关
简谐运动机械能守恒
作业布置
课后练习和同步练习
谢谢
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人教版高中物理选择性必修1第2章第3节简谐运动的回复力与能量教学设计
课题
简谐运动的回复力与能量
单元
2
学科
物理
年级
高二
教材分析
在前两节从运动学角度定义和描述简谐运动的基础上，本节从动力学角度认识物体做简谐运动的原因并再次定义简谐运动，分析简谐运动中的能量及其变化特点。教材再次以弹簧振子为例，分析回复力F与位移工的关系，从而帮助学生理解最基本、最简单的机械振动一简
谐运动的受力特点。之前，学生学习了胡克定律、牛顿运动定律及功能关系，在本章学生又学习了简谐运动的概念及其描述方法，所以本节学习简谐运动的回复力和能量、探究简谐运动的原因应是水到渠成的。学生对动力学的规律比较熟悉，这节课的任务是引导学生把知识和规律运用到新的物理现象中，分析并解决问题。对于振动过程中的能量问题，教材从弹簧形变量的变化和振子速度的变化角度分析势能和动能的变化情况，未要求学生从功能关系角度来推导简谐运动过程中的机械能守恒。对于基础较好的学生，可以从功能关系角度定量分析简谐运动过程中的机械能守恒问题，从能量转化角度，理解简谐运动这一理想化模型。
教学目标与核心素养
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。物理观念：理解回复力的概念、简谐运动的能量。科学思维：会用动力学方法，分析简谐运动的变化规律。科学探究：能定性地说明弹簧振子系统的机械能守恒．科学态度与价值观：通过对弹簧振子的运动和能量的分析，形成解决物理问题的能量观和运动关
重点
理解回复力的概念、简谐运动的能量。
难点
会用动力学方法，分析简谐运动的变化规律。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
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?
观察弹簧振子的运动情况，分析小球的受力特点。
通过对小球的受力分析，引导学生从受力的角度分析小球的运动，寻找运动和受力的关系特点。
讲授新课
思考：1、小球往复运动过程中，在各点的受力情况如何？2、小球受到的合力的效果是什么？3、弹簧振子在运动过程所受的力有什么特点？小球所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，方向总是与偏离平衡位置位移的方向相反，即受力方向总是指向平衡位置，它的作用是把物体拉回到平衡位置。通常把这个力称为回复力。一、简谐运动的回复力简谐运动：
如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。课堂练习1、一圆柱体的木块浮在水面上，将木块向下压一段距离后释放，木块没有完全被水浸没。木块的运动是简谐运动吗？证明你的结论？证明：平衡位置：mg=F浮平衡位置时，浮力：F浮=ρ水g
v水=
ρ水gsh
将木块再向下移动x，以竖直向下为正方向合外力大小为：F合=ρ水gs(h+x)-mg=ρ水gsx合外力方向为：竖直向上因此合外力表达为：
F回=-ρ水gsx所以木块的运动为简谐运动。二、简谐运动的能量做一做：结合教材内容，完成表格理论上可以证明，在弹簧振子运动的任意位置，系统的动能与势能之和都是一定的，
遵守机械能守恒定律。实际的运动都有一定的能量损耗，所以简谐运动是一种理想化的模型。课堂练习2、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,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,振子振动的机械能不断增加解析：小球在平衡位置O时,弹簧处于原长,弹性势能为零,动能最大,位移为零,加速度为零,A项正确;在最大位移A、B处,动能为零,加速度最大,B项错误;由A→O回复力做正功,由O→B,回复力做负功,C项错误;由B→O动能增加,弹性势能减小,总机械能不变,D项错误。答案：A
动画演示小组讨论完成思考题。通过完成思考题，总结出回复力的概念的特点。完成课堂练习。小组讨论，找出小球运动过程中的位移、受力、速度、加速度的变化关系。分析弹簧振子能量的转化完成课堂练习。
通过循序渐进的思考题，让学生分析出小球受力的特点。在完成思考讨论后，进行总结和提升，明确回复里的概念和特点。通过练习，让学生更好的理解什么是回复力。通过课堂练习，掌握回复力的推导方法，明确回复力是效果力的特点。设计讨论问题，让学生明确学习的方向和目标，通过小组讨论的形式，让学生主动的参与进学习中去。
拓展提高
1、关于简谐运动的回复力,下列说法正确的是( )A.可以是恒力B.可以是方向不变而大小变化的力C.可以是大小不变而方向改变的力D.可以是大小变化、方向变化的力解析：回复力特指使振动物体回到平衡位置的力,对简谐运动而言,其大小必与位移大小成正比,方向与位移方向相反,选项D正确。答案：D2、如图所示,质点沿x轴做简谐运动,平衡位置为坐标原点O,质点由A经O向B运动,质点经过A点和B点时速度相同,且tAB=0.2
s;质点由B点再次回到A点用的最短时间tBA=0.4
s。则该质点做简谐运动的频率为( )A.1
Hz
B.1.25
Hz
C.2
Hz
D.2.5
Hz解析:由题意可知A,B两点关于O点对称,由tAB=0.2
s,tBA=0.4
s知,质点从O点到B点的时间tOB=tAB=0.1
s,质点从B点经位移最大处再回到B点的时间tBB=tBA-tAB=0.4
s-0.2
s=0.2
s,故质点从B点到位移最大处的时间为tBB=0.1
s,所以T=tOB+tBB=0.2
s,所以T=0.8
s。由T=得f==1.25
Hz,故选项B正确。答案:B3、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,所受的弹力最大解析：由题图知t1和t3时刻,振子分别处于正向最大位移和负向最大位移处,速度为零,动能为零;弹簧形变最大,振子所受弹力最大,可见选项A、C均错误。由题图知t2和t4时刻,振子处于平衡位置,速度最大,动能最大;弹簧无形变,振子所受弹力最小,可见选项B正确,选项D错误。答案：B
完成拓展提高。
通过完成练习，巩固基础知识。
课堂小结
一、简谐运动的回复力1、回复力的概念2、简谐运动的动力学特征F=-
kx二、简谐运动的能量1、简谐运动的能量与振幅有关2、简谐运动机械能守恒
总结本节课所学知识。
帮助学生梳理基础知识，形成知识框架。
板书
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精品试卷·第
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