高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第二章 机械振动3 简谐运动的回复力和能量教课内容课件ppt

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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？
掌握简谐运动振幅的物理意义。 
1.小球运动过程中经过O点时，受到的合力为多大？2.小球运动到O点右侧的P点时，受到的合力方向如何？与小球偏离平衡位置位移的方向相同还是相反？
3.小球运动到O点左侧的Q点时，受到的合力方向如何？与小球偏离平衡位置位移的方向相同还是相反？4.小球受到的合力的效果是什么？
弹簧振子在运动过程所受力的方向有什么特点？小球所受的力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。弹簧振子在运动过程所受力的大小有什么特点？小球所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比
对简谐运动的回复力的理解
一、简谐运动的回复力
2．回复力的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，它的作用是使振子能够回到平衡位置．
1．简谐运动的动力学定义：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．
3.回复力是指将振动的物体拉回到平衡位置的力，是按照力的作用效果来命名的，分析物体的受力时，不分析回复力．
4.回复力可以由某一个力提供(如弹力、摩擦力等)，也可能是几个力的合力，还可能是某一力的分力，归纳起来回复力一定等于物体在振动方向上所受的合力．但是不一定等于物体所受的合外力。
(1)由F＝－kx知，简谐运动的回复力大小与振子的位移大小成正比，回复力的方向与位移的方向相反，即回复力的方向总是指向平衡位置．
(2)公式F＝－kx中的k指的是回复力与位移间的比例系数，而不一定是弹簧的劲度系数，系数k由振动系统自身决定．
简谐运动的回复力的力学关系：F＝－kx.
(3)据牛顿第二定律，a＝ ＝－ x，表明弹簧振子做简谐振动时振子的加速度大小也与位移大小成正比，加速度方向与位移方向相反，所以简谐运动是一种变加速直线运动．
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？
简谐运动中各物理量的变化规律
当物体做简谐运动时，它偏离平衡位置的位移x、回复力F及加速度a、速度v、动能Ek、势能Ep、振动能量E遵循一定的变化规律，可列表如下：
振子的速度与动能：速度不断变化，动能也在不断变化．弹簧形变量与势能：弹簧形变量在变化，因此势能也在变化．
简谐运动过程是一个动能和势能不断变化的过程，在任意时刻振动系统的总机械能不变．在平衡位置处，动能最大，势能最小；在最大位移处，势能最大，动能最小．振动系统的机械能与振幅有关，振幅越大，机械能就越大．
简谐运动的回复力(1)定义：振动物体受到的总能使振动物体回到平衡位置，且始终指向平衡位置的力，叫回复力。(2)回复力的特性：①回复力是根据力的作用效果命名的，可以是重力、弹力或摩擦力，或几个力的合力，或某个力的分力等。②回复力总与位移的大小成正比，且与位移的方向相反。(3)回复力的效果：使振动物体能够回到平衡位置。(4)回复力的表达式做简谐运动的质点，回复力总满足F＝－kx的形式，式中k是比例常数。
简谐运动的能量1．弹簧振子在运动中，不考虑摩擦等阻力造成的损耗，系统的动能和势能相互转化，但是振动系统的动能和势能之和保持不变，即系统的机械能守恒．2．振动系统的机械能跟振幅有关，振幅越大，机械能就越大．
例1、(多选)物体做简谐运动时，下列叙述中正确的是(　　)A．平衡位置就是回复力为零的位置B．处于平衡位置的物体，一定处于平衡状态C．物体到达平衡位置，合力一定为零D．回复力的方向总是指向平衡位置
【答案】：AD【解析】：由回复力及平衡位置的定义可知，平衡位置时回复力为零，选项A、D正确；物体停在平衡位置时处于平衡状态，物体振动至平衡位置时不一定处于平衡状态，合力不一定为零，选项B、C错误．
例2、（单选）弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动，在振子向着平衡位置运动的过程中(　　)A．振子所受的回复力逐渐增大B．振子离开平衡位置的位移逐渐增大C．振子的速度逐渐增大D．振子的加速度逐渐增大　　　
【答案】：C【解析】：在振子向着平衡位置运动的过程中，振子所受的回复力逐渐减小，振子离开平衡位置的位移逐渐减小，振子的速度逐渐增大，振子的加速度逐渐减小，选项C正确．
例3、(多选)如图所示是某一质点做简谐运动的图像，下列说法正确的是(　　)A．在第1 s内，质点速度逐渐增大B．在第2 s内，质点速度逐渐增大C．在第3 s内，动能转化为势能D．在第4 s内，动能转化为势能
【答案】：BC【解析】：在第1 s内，质点的位移逐渐增大，速度逐渐减小，A错；在第2 s内，质点向平衡位置运动，速度逐渐增大，故B对；在第3 s内，质点速度减小，动能转化为势能，故C对；第4 s内速度逐渐增大，势能转化为动能，故D错．
例4、(单选）物体做简谐运动时，下列叙述中正确的是(　　)A．平衡位置就是回复力为零的位置B．处于平衡位置的物体，一定处于平衡状态C．物体到达平衡位置，合力一定为零D．物体到达平衡位置，回复力一定为零
【答案】：AD【解析】：本题考查简谐运动平衡位置这一知识点，并考查了处于平衡位置时回复力和物体所受合力等问题。应注意平衡位置是回复力等于零的位置，但物体所受到的合力不一定为零。因此A、D正确。