2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修1 第2章机械振动第3节简谐运动的回复力和能量(2)课件

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新人教版 选择性必修一第二章 机械振动第3节 简谐运动的回复力和能量简谐运动的表达式： 机械振动：物体在平衡位置附近所做的往复运动特点：① 对称性；② 周期性其图象是正弦曲线.这个力有什么特点?情境导入：光滑水平面上有根轻弹簧，一端固定，一端与质量为m的物体相连。当物体被拉离平衡位置释放后，物体会做简谐运动。为什么这个物体会做这种运动呢？OABOAB定义： 振动物体受到的总是指向平衡位置的力，这个力叫回复力。方向：总是指向平衡位置效果：总是把物体拉回到平衡位置回复力是按力的作用效果命名的物体做简谐运动时，所受的力有什么特点？水平弹簧振子小球所受的力 F 与弹簧的伸长量 x 成正比位移弹簧的劲度系数力 F 总与位移 x 方向相反竖直方向振动的弹簧振子证明: 平衡状态时有:当向下拉动 x 长度时弹簧所受的合外力为(符合简谐运动的公式)回复力位移竖直弹簧振子k 是比例系数，其值由振动系统决定，与振幅无关注意： 对一般的简谐运动，由于回复力不一定是弹簧的弹力，所以k不一定是劲度系数，而是回复力与位移的比例系数。简谐振动的另一种表述：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，并且总是指向平衡位置 (即与位移方向相反)，质点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斜面上小球——弹簧振动系统一个振动，如果回复力与偏离平衡位置的位移成正比而且方向与位移相反，就能判定它是简谐运动。请你据此证明：把下图中倾角为θ 的光滑斜面上的小球沿斜面拉下一段距离，然后松开，小球的运动是简谐运动。某人想判定以下振动是不是简谐运动，请你陈述求证的思路（可以不做定量证明）光滑圆弧面上有一个小球，把它从最低点移开一小段距离，放手后，小球以最低点为平衡位置左右振动(如图)。圆弧面上小球的左右振动小球受到重力和圆弧面的支持力。重力恒定不变，支持力始终与运动方向垂直。如果重力沿圆弧面切线方向的分力与其偏离平衡位置的位移成正比，且方向相反，则可判定木筷做简谐运动1. 物体沿直线振动时回复力就是合力； 沿圆弧振动时回复力是合力在圆弧切线方向上的分力。2. 物体做简谐运动到平衡位置时，回复力为零，但合力可能不为零.回复力的来源：物体在振动方向上的合力。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m随M 一起振动m的回复力是静摩擦力回复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.振子位置物理量位移回复力    F加速度   a速度大小方向大小大小方向大小AA→OOO→BBB→OOO→A最大向左向左减小0-增大向右最大向右减小向右 0-增大向左最大0-增大减小0-增大最大减小最大最大减小减小0-0-增大增大最大最大减小减小0-0-增大增大方向方向向右向右向右向右向右向右向右向右向右向左向左向左向左向左向左向左向左向左OAB做简谐运动的物体，在运动的过程中，加速度是如何变化的？1. 简谐运动的加速度 a 总与位移的大小成正比，方向与位移的方向相反2. a 与 F 的变化规律相同简谐运动的加速度大小和方向都随时间做周期性的变化，所以简谐运动是变加速运动。①当物体从最大位移处向平衡位置运动时，由于v与a的方向一致，物体做加速度越来越小的加速运动。②当物体从平衡位置向最大位移处运动时，由于v与a的方向相反，物体做加速度越来越大的减速运动。在简谐运动过程中，振子能量变化情况如何?弹簧振子的运动与能量的关系速度与动能：速度增加，动能也增加弹簧形变量与势能：弹簧形变量在变化，因而势能也在变化水平弹簧振子在A、B之间往复运动弹性势能最小的位置是________弹性势能最大的位置是________A、BO在一个周期内，弹簧振子的能量是如何变化的？从A→O的过程中，动能______，势能______；从O→B，动能______，势能______；从B→O，动能______，势能______；从O→A，动能______，势能______；在平衡位置，动能______，势能______；在最大位移处，动能______，势能______；在一个周期内动能和势能大小做___次周期性变化增大减小最大为零两增大减小增大减小最大为零增大减小简谐运动的能量简谐运动中振子的能量变化情况分析A'A'→OOO→AAA→OOO→A'动能势能0最大增大减小0最大增大减小0最大增大减小0最大增大减小简谐运动的机械能大小跟什么因素有关？振幅还是频率？简谐运动的机械能由振幅决定。 振幅越大，振动的能量越大。不考虑阻力，水平弹簧振子振动过程中只有______做功，在任意时刻的动能与势能之和__ ___，即机械能守恒.弹力不变只要没有能量损耗，简谐运动的振幅保持不变，它将永不停息地振动下去，因此简谐运动又称为等幅振动。简谐运动中振子的能量变化情况分析AA→OOO→BBB→OOO→A最大减小0增大增大减小最大减小增大最大增大减小动能势能总能最大0不变00简谐运动中动能和势能相互转换，总的机械能保持守恒。 在平衡位置动能最大，势能最小。能量随时间变化不同的弹簧，做相同振幅的水平简谐运动，其能量相同吗？水平弹簧振子的简谐运动中，能量除了与振幅有关外，还有什么因素有关？简谐运动的能量由劲度系数和振幅决定。 劲度系数越大，振幅越大，振动的能量越大最大位移处x、F、a、Ep最大，v=0，Ek=0平衡位置处x=0、F=0、a=0、Ep最小，v，Ek最大简谐运动的对称性位移和加速度的对称性同一位置，位移和加速度相同对称位置加速度大小相等、方向相反 位移大小相等、方向相反速度的对称性同一位置或对称位置，速度大小相等，方向未必相同简谐运动回复力特点能量回复力：振动物体受到的总是指向平衡位置的力。是物体在振动方向上的合外力。动力学特点：运动学特点：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。课堂小结