人教版 (2019)选择性必修 第一册简谐运动的回复力和能量评课ppt课件

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简谐运动的回复力和能量3第二章1.理解回复力的概念，知道回复力在机械振动中的特征(重点)。2.会用动力学方法分析简谐运动中位移、回复力、速度、加速度的变化规律(重点)。3.会用能量守恒的观点分析水平弹簧振子在振动过程中动能、势能、总能量的变化规律(重难点)。学习目标< 一 >简谐运动的回复力如图所示为水平方向的弹簧振子模型。(1)当小球离开O点后，是什么力使其回到平衡位置的？答案　弹簧的弹力使小球回到平衡位置。(2)使小球回到平衡位置的力与小球离开平衡位置的位移的大小及方向有何关系？答案　弹簧弹力与位移大小成正比，方向与位移方向相反。1.回复力(1)定义：使振动物体回到 的力。(2)方向：总是指向 。(3)表达式：F＝ 。式中“－”号表示F与x方向相反。2.简谐运动理论上可以证明，如果物体所受的力具有 的形式，物体就做简谐运动。也就是说：如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置 的大小成 ，并且总是指向 ，物体的运动就是简谐运动。梳理与总结平衡位置平衡位置－kxF＝－kx位移正比平衡位置在劲度系数为k、原长为L0的固定于一点的弹簧下端挂一质量为m的小球，释放后小球将做简谐运动，弹簧始终没有超出弹性限度。试分析小球做简谐运动的回复力来源并证明小球做简谐运动。思考与讨论答案　弹簧弹力和重力的合力充当回复力。规定向下为正方向，在平衡位置b点，有mg＝kx0，小球在c点受到的弹力大小为F'＝k(x＋x0)，小球在c点的回复力F＝mg－F'＝mg－k(x＋x0)＝mg－kx－kx0＝－kx，回复力满足F＝－kx，同理可知在b点上方回复力也满足F＝－kx，小球做简谐运动。拓展　如图所示，质量为m的木块随质量为M的滑块在光滑地面上一起做简谐运动，弹簧的劲度系数为k，试分析木块的回复力来源并写出木块回复力F木的表达式。 1.回复力是根据力的效果命名的，可能由合力、某个力或某个力的分力提供。它一定等于振动物体在振动方向上所受的合力。2.简谐运动的回复力公式中，k是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数，其值由振动系统决定，与振幅无关。提炼·总结(1)回复力的大小与速度的大小无关，速度增大时，回复力可能增大，也可能减小。(　　)(2)回复力的方向总是与速度的方向相反。(　　)××　(多选)如图所示，弹簧振子在光滑水平杆上的A、B之间做往复运动，下列说法正确的是 A.弹簧振子运动过程中受重力、支持力和弹簧 弹力的作用B.弹簧振子运动过程中受重力、支持力、弹簧弹力和回复力的作用C.小球由A向O运动过程中，回复力逐渐增大D.小球由O向B运动过程中，回复力的方向指向平衡位置√√　(多选)如图所示，物体m系在两水平弹簧之间，两弹簧的劲度系数分别为k1和k2，且k1＝k，k2＝2k，两弹簧均处于自然伸长状态，今向右拉动m，然后释放，物体在B、C间振动(不计摩擦和空气阻力)，O为平衡位置，x为物体相对O的位移，则下列判断正确的是A.m做简谐运动，OC＝OBB.m做简谐运动，OC≠OBC.回复力F＝－kxD.回复力F＝－3kx√√ 返回< 二 >简谐运动的能量如图所示为水平弹簧振子，小球在A、B之间做往复运动。 (1)从A到B的运动过程中，小球的动能如何变化？弹簧弹性势能如何变化？振动系统的总机械能是否变化？答案　小球的动能先增大后减小；弹簧的弹性势能先减小后增大；总机械能保持不变。(2)如果使小球振动的振幅增大，小球回到平衡位置的动能是否增大？振动系统的机械能是否增大？振动系统的机械能的大小与什么因素有关？答案　小球回到平衡位置的动能增大；振动系统的机械能增大；振动系统的机械能与弹簧的劲度系数和振幅有关。1.简谐运动的能量：简谐运动的能量是指弹簧振子经过某一位置时系统所具有的 和 之和。2.能量转化弹簧振子运动的过程就是 和 互相转化的过程。(1)在最大位移处， 最大， 为零。(2)在平衡位置处， 最大， 最小。梳理与总结动能势能动能势能势能动能动能势能3.能量特点在简谐运动中，振动系统的机械能 ，而在实际运动中都有一定的能量损耗，因此简谐运动是一种 的模型。4.对于弹簧的劲度系数和小球的质量都一定的系统， 越大，机械能越大。守恒理想化振幅(1)在简谐运动中，任意时刻系统的动能与势能之和保持不变。(　　)(2)振幅越大的弹簧振子，系统机械能也一定越大。(　　)(3)在简谐运动中，物体在向平衡位置运动时，由于物体振幅减小，故总机械能减小。(　　)√××　(2024·锦州市渤海大学附属中学高二月考)如图，在光滑的水平台面上，一轻弹簧左端固定，右端连接一小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置。压缩弹簧使小球至A位置，然后释放小球，小球就在A、B间做往复运动(已知AO＝OB)。小球从A位置运动到B位置的过程中，下列说法正确的是 A.小球的动能不断增加B.弹簧的弹性势能不断减少C.在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变D.小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等√拓展　如图所示，A、B两个物体与轻质弹簧组成的系统在光滑水平面上M、N两点间做简谐运动，A、B间无相对运动，平衡位置为O。(1)当物体运动到M点时拿走A物体，振动系统的最大动能有什么变化？答案　不变，在M点时，系统的动能为零，弹性势能最大，拿走A物体后，振动系统的最大弹性势能不变，总能量不变，最大动能也不发生变化。(2)当物体运动到O点时拿走A物体，振动系统的最大弹性势能有什么变化？答案　变小，在O点时弹簧弹性势能为零，振动系统的动能最大，拿走A物体后，振动系统的最大动能减小，总能量减小，最大弹性势能也将减小。返回< 三 >简谐运动中各物理量的变化小球在A、B间做简谐运动，O为平衡位置，根据简谐运动中各物理量变化的特点，填写表格。0向右增大向右最大向右减小0向右、最大向右减小0向左增大向左、最大0增大最大减小0最大减小0增大最大(1)当做简谐运动的物体的位移减小时，其速度和加速度的方向一定相同。(　　)(2)当做简谐运动的物体的速度变化最快时，其动能最大。(　　)(3)当做简谐运动的物体的加速度与速度反向时，其回复力正在减小。(　　)(4)在做简谐运动的物体的动能相等的两个时刻，其加速度一定相同。(　　)√×××　(2024·益阳市高二期末)如图所示为一水平弹簧振子做简谐运动的振动图像，由图可知下列说法中正确的是A.在t＝0.1 s时，弹簧振子的加速度为正向最大B.从t＝0.1 s到t＝0.2 s时间内，弹簧振子做加速度 增大的减速运动C.在t＝0.4 s时，弹簧振子的弹性势能最小D.在t＝0.2 s与t＝0.4 s两个时刻，振子的速度最大√分析简谐运动中各物理量变化情况的技巧1.分析简谐运动中各物理量的变化情况时，一定要以位移为桥梁，位移增大时，回复力、加速度、势能均增大，速度、动能均减小；反之，则产生相反的变化。另外，各矢量均在其值为零时改变方向。2.分析过程中要特别注意简谐运动的周期性和对称性。位移相同时，回复力、加速度、动能、势能可以确定，但速度可能有两个方向，由于周期性，运动时间也不确定。返回< 四 >课时对点练对一对答案1234567891011考点一　简谐运动的回复力1.(多选)关于简谐运动的回复力，下列说法正确的是A.简谐运动的回复力一定是弹力B.回复力的方向一定指向平衡位置C.回复力大小一定与位移大小成正比，且两者方向总是相反D.简谐运动的回复力公式F＝－kx中，k是弹簧的劲度系数，x是弹簧的 长度基础对点练√1234567891011答案√1234567891011答案2.如图所示，轻弹簧的一端固定在光滑斜面上，另一端拴着一个小球静止在斜面上(斜面固定)，当把小球沿斜面拉下一段距离(弹簧在弹性限度内)，然后松开，小球开始运动，空气阻力忽略不计，若以小球静止时的位置为坐标原点，下列关于小球受到的合力F随位移x变化的关系图正确的是1234567891011答案√1234567891011答案考点二　简谐运动的能量及各物理量的变化3.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，平衡位置为O，小球在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，势能最小B.小球在A、B位置时，动能最大，总能量最大C.小球从A经O到B的过程中，回复力一直做正功D.小球在O位置时系统的总能量大于小球在B位置时系统的总能量√1234567891011答案1234567891011答案4.如图所示，在斜面上有一个弹簧振子，从A点由静止释放，O点为振动的平衡位置，振动物体在A、B两点之间做简谐运动，不计一切摩擦，下列说法正确的是A.振动物体在O点时，弹簧处于原长，弹簧振子的弹 性势能为0B.在振动物体运动的过程中，由弹簧弹力充当回复力C.振动物体在B点时弹簧的弹性势能一定比振动物体在A点时的大D.振动物体从A向B运动的过程中，其速度和加速度方向始终相同√1234567891011答案1234567891011答案5.(2024·温州市高二期末)如图为某物体做简谐运动的图像，则A.0.6 s时的速度与0.8 s时的速度相同B.0.6 s时的回复力与0.8 s时的回复力相同C.0.5 s时的势能小于0.6 s时的势能D.0.5 s时的加速度小于0.6 s时的加速度1234567891011答案√1234567891011答案 1234567891011答案√1234567891011答案 √1234567891011答案能力综合练√1234567891011答案1234567891011答案 1234567891011答案√√1234567891011答案1234567891011答案9.(2024·佛山市高二期末)如图所示，底面积为S、高为5l的圆柱体浮筒漂浮于平静的水面上，静止时浮筒水面以下部分的长度为3l，已知水的密度为ρ，重力加速度为g，将浮筒竖直往下按压长度x(小于2l)后由静止释放，浮筒开始上下振动，忽略水对浮筒的黏滞阻力和空气阻力。有关浮筒的振动，分析回答以下问题：(1)由哪些力提供浮筒振动的回复力？1234567891011答案答案　浮力和重力(2)浮筒是否做简谐运动？并进行证明。1234567891011答案答案　浮筒做简谐运动，证明过程见解析1234567891011答案1234567891011答案弹簧的劲度系数为k＝40 N/m，剪断A、B间的轻质细绳后，A做简谐运动，不计空气等阻力，弹簧始终没有超过弹性限度，g取10 m/s2。求：(1)剪断细绳瞬间的回复力大小；10.如图所示，竖直悬挂的轻弹簧下端系着A、B两物体，mA＝mB＝0.1 kg，1234567891011答案答案　1 N(2)A做简谐运动的振幅；1234567891011答案答案　0.025 m　1234567891011答案(3)A在最高点时的弹簧弹力大小。1234567891011答案答案　01234567891011答案尖子生选练11.(多选)(2025·临沂市高二期中)如图所示，将质量为mA＝100 g的物体A放在弹簧上端并与之连接，弹簧下端连接一质量为mB＝200 g的物体B，物体B放在地面上，形成竖直方向的弹簧振子，使A上下振动做简谐运动。弹簧原长为10 cm，劲度系数为k＝50 N/m，弹簧始终没有超过弹性限度。A、B的厚度可忽略不计，g取10 m/s2。下列说法正确的是A.A的平衡位置离地面的高度为8 cmB.A完成任意半个周期前后重力势能变化量都相等C.若保持物体B始终在地面上，在当物体A以最大振幅振动时， 物体B对地面的最小压力为0D.若保持物体B始终在地面上，当物体A以最大振幅振动时，物体B对地面的最大压 力为3 N√√1234567891011答案1234567891011答案返回