高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册简谐运动的回复力和能量教学演示课件ppt

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我们学过哪些运动及其受力如何？
——定义:物体在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动．通常简称振动最简单、最基本的振动是简谐运动
a.小球可看作质点且阻力忽略不计b.弹簧的质量忽略不计
(2)平衡位置（O点） :
振子静止时所处的位置.此时弹簧长度为原长.
总是从平衡位置指向振子位置即总是背离平衡位置
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？
弹簧振子为什么会做往复运动?
1.存在力 2.惯性
物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？
按力的作用效果命名，方向始终指向平衡位置
使振子回到平衡位置的力
回复力可以是弹力,也可以是其它力(包括摩擦力);可以是某一个力，或几个力的合力,或者某个力的分力.
“-” 表示回复力方向始终与位移方向相反.
(2)方向: 总是指向平衡位置.
弹簧的劲度系数(常量)
弹簧振子的加速度有何特点呢？
a=F/m,与回复力变化情况相同。
简谐运动的定义的另一种表述：
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
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.即回复力满足 F= -kx的运动就是简谐运动
两种判断物体是否做简谐运动的方法
①x-t图像为正弦曲线
②F-x 满足 F=-kx的形式
用第二种方法来判断竖直的弹簧拉一个小球的振动是不是简谐运动？
证明步骤：1、找平衡位置2、找回复力 3、找F=kx4、找方向关系
此时弹簧振子的回复力还是不是弹簧的弹力？
不是，是重力和弹力的合力。
注：回复力是按照力的作用效果来命名的．可能是一个力的分力，也可能是几个力的合力．
例1、图所示为一弹簧振子，O为平衡位置，设向右为正方向，振子在B、C之间振动时（ ）A．B至O位移为负、回复力为正B．O至C位移为正、加速度为负C．C至O位移为负、加速度为正D．O至B位移为负、速度为负
例2．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，下列关于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受重力、支持力及B对它的恒定的摩擦力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
A. Ff /k B. 2Ff /k C. 3Ff /k D. 4Ff /k
做简谐运动的物体，一个周期内能量是如何变化的？
根据回复力与速度的方向关系，填写后面的表格。
回忆前面的动画，填写下面的表格
物体在做简谐运动时的Ek-t和Ep-t及E-t图象
1、总机械能=任意位置的动能+势能=平衡位置的动能=振幅位置的势能；
2、振动系统的能量与振动的振幅和劲度系数有关。劲度系数越大,振幅越大，振动的能量越大；
3.实际的振动总是要受到摩擦和阻力，因此在振动过程中需要不断克服外界阻力做功而消耗能量，振幅会逐渐减小，最终停下来.
例4.振子连续两次通过P位置，下列各量哪些是相同的？
位移（ ）回复力（ ）加速度（ ）动能（ ）
势能（ ）速率（ ）速度（ ）
例5.在光滑水平面上有一弹簧振子,弹簧的劲度系数为k,振子质量为M,振动的最大速度为v0,如图所示,当振子在最大位移为A的时刻把质量为m的物体轻放其上,则:(1)要保持物体和振子一起振动起来，两者间的摩擦因数至少是多少?(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(2)一起振动时，两者过平衡位置的速度多大?振幅又是多少?
(1)放物体前最大回复力F=kA,
(2)振动的最大机械能为
弹簧为原长弹性势能为零，有
m和M在最大位移处动能为零,势能最大,且与没放m前相同，所以弹簧的最大形变相同，即振幅仍为A.
简谐运动中物理量的变化规律
方向判断：观察x方向，F与x反向，a与F同向，v在某点会出现往返两个方向。
三.简谐运动中的各个物理量变化规律
注意1：每次经过同一位置处：x、F、a、势能、动能均相同，v大小相等，方向不一定。若连续两次经过同一点，v反向。
势能与动能是标量，同一位置必相同，对称位置也必相同。
注意2：关于平衡位置对称的两位置处：势能动能均相同，x与F、a均等值反向，v大小相等，方向不一定。连续经过对称两点，v同向。
例6．如下图所示为一弹簧振子的振动图象，在下图中A、B、C、D、E、F各时刻中：
(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)哪些时刻振子有最大相同的加速度？
答案：(1)B、D、F时刻振子有最大动能(2)A、C、E时刻振子速度相同，B、F时刻振子速度相同(3)A、C、E时刻振子有最大势能(4)A、E时刻有最大相同的加速度
解析：由图可知，B、D、F点在平衡位置，具有最大动能，而A、C、E点在最大位移处，具有最大势能。根据振动方向：B、F两点向负方向振动，D点向正方向振动，可知D点与B、F点虽然速率相同，但方向相反。根据位移：A、E两点位移相同，C点位移虽然大小与A、E两点相等，但方向相反可知C点与A、E点虽然受力相同，但方向相反，故加速度大小相等，方向相反。
1.关于振动平衡位置,下列说法正确的是( )A.是回复力产生的加速度改变方向的位置B.是回复力为零的位置C.是速度最大的位置D.是加速度最大的位置
x=0，F=0，a=0，v=vmax
2.做简谐运动的物体,其加速度a随位移x的变化规律应是下图中的哪一个( ）
3、如图所示,物体A置于物体B上,一轻弹簧一端固定,另一端与B相连,在弹性限度范围内,A和B在光滑水平面上往复运动(不计空气阻力),并保持相对静止.则下列说法正确的是( )A.A和B均做简谐运动B.作用在A上的静摩擦力大小与弹簧的形变量成正比C.B对A的静摩擦力对A做功,而A对B的静摩擦力对B不做功D.B对A的静摩擦力始终对A做正功,而A对B的静摩擦力对B做负功
-kx=(mA+mB)a
fBA远离平衡位置时对A做负功，靠近时做正功
4、如图所示的简谐运动中,在0