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授课课件ppt

这是一份高中物理人教版 (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授课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了回复力，ABD，答案见解析，弹性势等内容，欢迎下载使用。

要点 简谐运动的回复力 在_________①的作用下，物体在平衡位置附近做往复运动。 如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成_______②，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。
①（1） 回复力的方向总是与位移的方向相反吗？
提示 回复力的方向总是指向平衡位置，而位移的方向是由平衡位置指向物体所在位置，所以回复力的方向总是与位移的方向相反。
（2） 回复力为0时，物体所受合力一定为0吗？
提示 物体做简谐运动回到平衡位置时，回复力为0，但合力可能不为0。例如：物体沿圆弧做简谐运动，如图所示。当小球运动到圆弧的最低点
（平衡位置）时，回复力为0，小球所受的合力用来提供向心力，所以小球所受的合力不为0。
（2） 弹簧振子从平衡位置到达最大位移处的过程中，回复力如何变化？从最大位移处向平衡位置运动的过程中呢？
探究点一 简谐运动的回复力
[提示] 两个力；重力、支持力。
[提示] 不受。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，不是一种另外受到的力，所以分析物体的受力时，不分析回复力。
易错题醒 回复力是一种效果力，它不是振动物体另外受到的一种力，所以对振动物体进行受力分析时，切忌添加回复力。
探究点二 简谐运动的能量
1. 你喜欢荡秋千吗？也许你很喜欢却荡不好。要知道，会荡秋千的人，不用别人帮忙助推，就能越摆越高，而不会荡秋千的人始终也摆不起来，知道这是什么原因吗？
[提示] 观察一下荡秋千高手的动作：他从高处摆下来的时候身子是从直立到蹲下，而从最低点向上摆时，身子又从蹲下到直立起来。由于他从蹲下到站直时，重心升高，无形中就对自己做了功，自身化学能转化为机械能，增大了重力势能。因而，每摆一次秋千，都使荡秋千的人自身机械能增加一些。如此循环往复，总机械能越积越多，秋千就摆得越来越高了。
1.简谐运动的能量（1）不考虑阻力，水平弹簧振子振动过程中只有弹力做功，在任意时刻振动系统的动能与势能之和不变，即机械能守恒。（2）简谐运动的机械能的大小由振子的振幅决定对同一振动系统来说，振幅越大，振动的能量越大。如果没有能量损耗，振幅保持不变，它将永不停息地振动下去，因此简谐运动又称等幅振动。
（3）动能、势能随位置的变化情况①在最大位移处，势能最大，动能为零。②在平衡位置处，动能最大，势能最小。（4）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物理模型。
总结：（1）在简谐运动中，位移、回复力、加速度和势能四个物理量同时增大或减小，与速度和动能的变化步调相反。（2）平衡位置是位移、加速度和回复力方向变化的转折点。（3）最大位移处是速度方向变化的转折点。
（1） 哪些时刻振子有最大动能？
（2） 哪些时刻振子有相同速度？
（3） 哪些时刻振子有最大势能？
（4） 哪些时刻振子有相同的最大加速度？
规律总结对简谐运动能量的三点认识（1）决定因素：对于一个确定的振动系统，简谐运动的能量由振幅决定，振幅越大，系统的能量越大。（2）能量获得：系统开始振动的能量是通过外力做功由其他形式的能转化来的。（3）能量转化：当振动系统自由振动后，如果不考虑阻力作用，系统只发生动能和势能的相互转化，机械能守恒。
1. 如图所示，能正确反映做简谐运动的物体所受回复力与位移关系的图像是( )
2. 弹簧振子在光滑水平面上做简谐运动，在振子向平衡位置运动的过程中( )A. 振子所受的回复力逐渐增大B. 振子的位移逐渐增大C. 振子的速度逐渐减小D. 振子的加速度逐渐减小
1. （多选）关于简谐运动，以下说法正确的是( )A. 回复力可能是物体受到的合外力B. 回复力是根据力的作用效果命名的C. 振动中位移的方向是不变的D. 物体振动到平衡位置时所受合外力一定等于零
[解析] 回复力可以是某个力，可以是某个力的分力，也可以是几个力的合力，A正确；回复力可以由重力、弹力、摩擦力等各种不同性质的力提供，其作用效果是使物体回到平衡位置，B正确；位移是从平衡位置指向物体所在位置，其方向是不同的，C错误；物体振动到平衡位置时，所受回复力为零，但合外力不一定为零，D错误。
2. 如图所示，由轻质弹簧下面悬挂一物块组成一个竖直方向振动的弹簧振子，弹簧的上端固定于天花板，当物块处于静止状态时，取它的重力势能为零，现将物块向下拉一小段距离后放手，此后振子在平衡位置附近上下做简谐运动，不计空气阻力，则( )
A. 振子速度最大时，振动系统的势能为零B. 振子速度最大时，物块的重力势能与弹簧的弹性势能相等C. 振子经过平衡位置时，振动系统的势能最小D. 振子在振动过程中，振动系统的机械能不守恒
[解析] 当振子在平衡位置时速度最大，此时重力势能为零，但是弹簧的弹性势能不为零，故振动系统的势能不为零，A、B错误；因为只有重力和弹簧弹力做功，则振子的动能、重力势能及弹簧弹性势能之和守恒，故在平衡位置时动能最大，振动系统的势能最小，C正确，D错误。
5. 如图所示，当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法正确的是( )
A. 振子经过同一位置时，速度大小一定相等B. 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C. 振子在从最低点向平衡位置运动过程中受到重力、弹力和回复力D. 振子在平衡位置时，其动能最大，弹簧的弹性势能最小
[解析] 简谐运动中，振子经过同一位置时速度大小相等，故A正确；振子从最低点向平衡位置运动过程中，弹力的方向与速度的方向同向，故弹力做正功，故B错误；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，故C错误；振子在平衡位置时，其动能最大，弹簧的弹性势能不是最小，当弹簧形变量最小的时候，弹性势能最小，故D错误。
10. （多选）如图所示为某物体做简谐运动的图像，下列说法中正确的是( )
12. 一质点做简谐运动，其位移和时间的关系如图所示。
[答案] 变大; 变大; 变小; 变小; 变大
（1） 简谐运动的能量取决于_______，振子振动时动能和_________能相互转化，总机械能_______。
[解析] 振动系统一定时，系统的能量由振幅决定，振子振动时动能和弹性势能相互转化，总机械能守恒。
（2） 关于振子的振动，下列说法中正确的是( )A. 振子在平衡位置，动能最大，势能最小B. 振子在最大位移处，势能最大，动能最小C. 振子在向平衡位置运动时，由于振子振幅减小，故总机械能减小D. 在任意时刻，动能与势能之和保持不变
[解析] 振子在平衡位置两侧往复运动，在最大位移处速度为零，动能为零，此时弹簧的形变量最大，势能最大，B正确；在振子运动的过程中，只有弹簧的弹力做功，所以任意时刻动能与势能之和不变，D正确；运动到平衡位置处速度达到最大，动能最大，势能最小，A正确；振幅的大小与振子的位置无关，C错误。