人教版 (2019)选择性必修 第一册3 简谐运动的回复力和能量图文课件ppt

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册3 简谐运动的回复力和能量图文课件ppt，共37页。PPT课件主要包含了平衡位置，机械能守恒，机械能，简谐运动的回复力，答案CD，答案B，答案C，答案小于最大，简谐运动的三大特征等内容，欢迎下载使用。

一、简谐运动的回复力1．填一填(1)回复力：使振动物体回到_________的力。(2)简谐运动的回复力：F＝－kx。“－”表示回复力的方向与位移方向_____。(3)简谐运动：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_____，并且总是指向___________，质点的运动就是简谐运动。
2．判一判(1)做简谐运动物体所受回复力的方向总是与位移的方向相反。( )(2)做简谐运动物体所受回复力的方向总是与速度的方向相反。( )(3)做简谐运动物体所受回复力大小总是与位移的大小成正比。 ( )
3．选一选对于弹簧振子的回复力和位移的关系，下列图中正确的是(　　)解析：由简谐运动的回复力公式F＝－kx可知，弹簧振子做简谐运动时的回复力和位移的关系图像应如图C所示。答案：C　
二、简谐运动的能量1．填一填(1)小球远离平衡位置时，_____增大，_____减小。(2)小球在最大位移时，势能最大，动能为0。(3)小球在平衡位置时，______最大，______为0。(4)简谐运动的能量特点：在弹簧振子运动的任意位置，系统的动能和势能之和都是一定的，遵守___________定律。(5)简谐运动的振幅越大，系统的________越大。
2．判一判(1)水平弹簧振子运动到平衡位置时，回复力为0，因此系统的能量一定为0。( )(2)回复力变大时，弹簧振子的速度变小。( )(3)振动过程中的机械能守恒是一种理想化的模型，实际的振动是有一定的能量损耗。( )
3．想一想在弹簧振子的运动过程中，弹性势能最大的位置有几个？动能最大的位置有几个？提示：在弹簧振子的运动过程中，弹性势能最大的位置有两个，分别对应于振子运动的最左端和最右端。动能最大的位置只有一个，就是弹簧振子运动到平衡位置的时候。
[学透用活]1．回复力的来源(1)回复力是指将振动的物体拉回到平衡位置的力，同向心力一样是按照力的作用效果来命名的。(2)回复力可以由某一个力提供，如水平弹簧振子的回复力即为弹簧的弹力；也可能是几个力的合力，如竖直悬挂的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重力的合力；还可能是某一力的分力。归纳起来，回复力一定等于振动物体在振动方向上所受的合力。分析物体的受力时不能再加上回复力。
[解析]　物体的位移为x，则物体所受的合力F＝－k1x－k2x＝－(k2＋k1)x＝－3kx，D正确，C错误；可见物体做的是简谐运动，由简谐运动的对称性可得OC＝OB，A正确，B错误。[答案]　AD
[对点练清]1．[多选]如图所示，弹簧振子B上放一个物块A，在A与B一起做简谐运动的过程中，关于物块A受力的说法中正确的是 (　　)A．物块A受重力、支持力及弹簧对它的恒定的弹力B．物块A受重力、支持力及弹簧对它的大小和方向都随时间变化的弹力C．物块A做简谐振动的回复力是B对它的摩擦力D．物块A受重力、支持力及B对它的大小和方向都随时间变化的摩擦力解析：物块A做简谐运动，在水平方向受到合外力不断变化，具体受力情况为：竖直方向上受到的重力和支持力是一对平衡力，水平方向只有B物体对它的摩擦力作用，摩擦力提供回复力，C、D选项正确。
2．某一弹簧振子做简谐运动，在下面四幅图像中，能正确反映加速度a与位移x的关系的是(　　)
3．水平弹簧振子做简谐运动经过A点时，加速度的大小是2 m/s2，方向指向B点；当它经过B点时，加速度的大小是3 m/s2，方向指向A点，平衡位置为O点，下面有关A、B两点的位置关系正确的是(　　)
[学透用活]1．根据水平弹簧振子图，可分析各个物理量的变化关系如下：
简谐运动的各物理量的变化规律
2．各个物理量对应关系不同：位置不同，位移不同，加速度、回复力也不同，但是速度、动能、势能可能相同，也可能不同。
[解析]　在0.25～0.3 s时间内，振子的位移增大，受到的回复力越来越大，故A错误；由题图可知，该振子的周期为0.4 s，且t＝0.3 s时，振子位移最大，可知在0.7 s时刻振子的位移也是最大，速度为零，故B错误；动能与势能都是标量，它们变化的周期等于简谐振动周期的一半，所以振子的动能和重力势能相互转化的周期为0.2 s，故C错误，D正确。[答案]　D
[规律方法]简谐运动的各物理量变化的两种分析顺序
[对点练清]1．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，振子振动的能量不断增加
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，总能量不变，D项错误。答案：A
2．[多选]弹簧振子在水平方向上做简谐运动的过程中，下列说法正确的是(　　)A．弹簧振子在平衡位置时它的机械能最大B．弹簧振子在最大位移时它的弹性势能最大C．弹簧振子从平衡位置到最大位移处它的动能减小D．弹簧振子从最大位移处到平衡位置它的机械能减小解析：弹簧振子做简谐运动时机械能守恒，因此选项A和D均错误；在最大位移处时，弹性势能最大，B选项正确；从平衡位置到最大位移处的运动是振子远离平衡位置的运动，速度减小，动能减小，C选项正确。答案：BC
[典例3] 质量为m1和m2的两物块用轻弹簧相连，将它们竖立在水平面上，如图所示。现在用竖直向下的压力压m1，使它们处于静止状态。突然撤去压力，当m1上升到最高点时，m2对地压力恰好为零。则系统静止时竖直向下压力大小等于多少？(提示：撤去力后m1上下做简谐运动)
[答案]　(m1＋m2)g
[对点练清]1．一个做简谐运动的质点，先后以同样的速度通过相距10 cm 的A、B两点，历时0.5 s(如图所示)。过B点后再经过t＝0.5 s质点以大小相等、方向相反的速度再次通过B点，则质点振动的周期是(　　)A．0.5 s　　　　　　　B．1.0 sC．2.0 s D．4.0 s
3．一个在水平面内做简谐运动的弹簧振子，从第一次以不等于零的速度经过非平衡位置的某点a时开始计时，下列说法中正确的是 (　　)A．到振子第二次经过a点时，所需时间为半个周期B．到振子第二次经过a点时，所需时间为一个周期C．到振子第三次经过a点时，所需时间为一个周期D．到振子第三次经过a点时，所需时间为两个周期解析：因为是从第一次以不等于零的速度经过非平衡位置的某点a时开始计时，故到振子第二次经过a点时不一定是半个周期，更不可能是一个周期，选项A、B错误；到振子第三次经过a点时，所需时间才为一个周期，选项C正确，D错误。答案：C　
一、竖直方向的弹簧振子(物理观念)[选自鲁科版教材 “拓展一步”]如图所示，在弹簧下端挂一重物，上端固定在支架上，这就构成了竖直方向的弹簧振子。重物在竖直方向受到弹力和重力作用，这两个力的合力充当弹簧振子的回复力。当重物处于点O时，重力和弹力相互平衡，因此点O是弹簧振子的平衡位置。将重物向下拉一段距离，然后松手，重物便沿竖直方向振动起来。假设重物所受的重力为G，弹簧的劲度系数为k，重物处于平衡位置时弹簧的伸长量为x1，则G＝kx1
设重物向下偏离平衡位置的位移为x时，弹簧的伸长量为x2，则x＝x2－x1取竖直向下为正方向，则此时弹簧振子的回复力F＝G－kx2＝kx1－kx2＝－kx所以，竖直方向的弹簧振子的运动是简谐运动。若将重物向下拉一段距离，松手时拉力大小为F，重物质量为m，当小球运动到最高点时弹簧恰好处于自然伸长状态，则拉力F大小为多少？提示：小球运动到最高点时弹簧恰好处于自然伸长状态，小球的加速度为g，方向竖直向下，小球在最低点时加速度为g，方向竖直向上，由F弹－mg＝ma，a＝g可得此时F弹＝2mg，由F弹＝mg＋F可得：拉力F＝mg。
二、STSE类问题，体现活学活用小王在湖边欲乘游船，当日风浪较大，游船上下浮动。若把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动，则其振幅为20 cm，周期为3.0 s。当船上升到最高点时，甲板刚好与码头地面平齐。在地面与甲板的高度差不超过 10 cm 时，游客能舒服地登船。求在一个周期内，小王能舒服地登船的时间有多少。