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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获奖课件ppt
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这是一份人教版 (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获奖课件ppt，共24页。PPT课件主要包含了简谐运动的回复力，第一部分，简谐运动的能量，第二部分，巩固提升，第三部分等内容，欢迎下载使用。
合力方向与速度方向共线
合力方向与速度方向不共线
合力方向与初速度方向垂直
合力方向与速度方向始终垂直
简谐运动的物体力和运动的关系又是怎样的呢？
2.特征：(1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置；(2)运动具有往复性。
观察弹簧振子的运动，并尝试做出以下8个时刻小球的合力和位移方向？
弹簧振子的合力有什么特点？
F合的方向总是指向平衡位置，总与位移方向相反。
F合的作用效果“总想”把小球拉回平衡位置。
弹簧振子所受的合力F与振子位移X的大小成正比。
1.定义:使振子回到平衡位置的力。
回复力是按力的作用效果命名的
2.来源：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.
3.大小: F=-kx
“-” 表示回复力方向始终与位移方向相反。
4.方向: 总是指向平衡位置。
5.平衡位置： F回 = 0
6.简谐运动的定义的另一种表述：
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。
问题：判断简谐运动的方法有哪些？
（1）x-t图像为正弦曲线
（2）回复力满足 F=-kx的形式
判断物体做简谐运动的方法
【典例探究】如图，一弹簧上端固定，劲度系数为k，另一端挂一质量为m的小球，平衡位置时弹簧的形变量为x0，释放后小球做上下运动，弹簧此时没有超出弹性限度，小球的运动是简谐运动吗？其回复力是谁提供的？
【分析】平衡位置时弹簧的形变量为x0， 则 mg=kx0当小球向下运动到离平衡位置的距离是x时， 小球合力为：F=mg-k(x0+x) 即F=-kx，故小球的运动是简谐运动。重力和弹力的合力提供回复力
请总结位移大小、速度大小、回复力大小在以下时刻或过程的变化情况？
弹簧振子的速度是不断变化的，所以它的动能也是不断变化的；弹簧的伸长量和压缩量也是不断变化的，所以它的弹性势能也是不断变化的。那么弹簧振子的能量变化具有什么规律呢？
简谐运动是一种理想化的模型
1.简谐运动中动能和势能相互转化，但机械能总量不变，即机械能守恒，是理想化模型。
2.简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大。
3.物体在做简谐运动时的Ek-t和Ep-t及E-t图象
x、F、a、Ep为零，v、Ek最大.
x、F、a、Ep最大，v、Ek为零；
2.各个物理量间的关系
a与F满足正弦函数变化规律
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
关于平衡位置的对称点：
（1）x、F回、a大小相同，方向相反；动能、势能相同。
（2）v大小相同，方向不一定。
（1）相距nT的两个时刻，振子的振动情况完全相同。x、F回、a、v大小相等方向相同，动能和势能相同。
（2）相距的 两个时刻，振子的振动情况完全相反x 、F回、 v 、a 等大反向，动能和势能相同
简谐运动的回复力和能量
简谐的动力学特征F=-kx
简谐运动的能量与振幅有关
1. (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.振子由A向O运动过程中,回复力逐渐增大D.振子由O向B运动过程中,回复力的方向指向平衡位置答案:AD解析:回复力是根据效果命名的力,它是由物体受到的具体的力所提供的,在此情景中弹簧的弹力充当回复力,故A项正确,B项错误;回复力与位移的大小成正比,由A向O运动过程中位移的大小在减小,故此过程回复力逐渐减小,C项错误;回复力总是指向平衡位置,故D项正确。
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答案:D解析:物块A受到重力、支持力和摩擦力的作用。摩擦力提供A做简谐运动所需的回复力,其大小和方向都随时间变化,故D项正确。
3. (多选)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,势能最大,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,振动的能量不断增加答案:AB
解析:小球在平衡位置时动能最大,加速度为零,因此A项正确;小球在A、B位置时,势能最大,加速度最大,因此B项正确;小球靠近平衡位置时,回复力做正功;远离平衡位置时,回复力做负功。振动过程中总能量不变,因此C、D项错误。
4.下图为某个弹簧振子做简谐运动的振动图像,由图像可知( )A.在0.1 s时,由于位移为零,所以振动能量为零B.在0.2 s时,振子具有最大势能C.在0.35 s时,振子具有的能量尚未达到最大值D.在0.4 s时,振子的动能最大答案:B解析:弹簧振子做简谐运动,振动能量不变,选项A错;在0.2 s时位移最大,振子具有最大势能,选项B对;弹簧振子的振动能量不变,在0.35 s时振子具有的能量与其他时刻相同,选项C错;在0.4 s时振子的位移最大,动能为零,选项D错。
5. 如图甲所示,弹簧振子以O点为平衡位置,在A、B两点之间做简谐运动。取向右为正方向,振子的位移x与时间t的关系图像如图乙所示,下列说法正确的是( )A.t=0.8 s时,振子的速度方向向右B.t=0.2 s时, 振子在O点右侧6 cm处C.t=0.4 s和t=1.2 s时,振子的加速度相同D.从t=0.4 s到t=0.8 s的时间内,振子的动能逐渐增大答案:D
解析:由题图乙知,t=0.8 s时,图像切线的斜率为负,说明振子的速度为负,即振子的速度方向向左,A项错误。在0~0.4 s内,振子做减速运动,不是匀速运动,所以t=0.2 s时,振子不在O点右侧6 cm处,B项错误。t=0.4 s和t=1.2 s时,振子的位移大小相等、方向相反,由a=- ,知加速度大小相等、方向相反, C项错误。t=0.4 s到t=0.8 s的时间内,振子的位移减小,正向平衡位置靠近,速度逐渐增大,动能逐渐增大,D项正确。
合力方向与速度方向共线
合力方向与速度方向不共线
合力方向与初速度方向垂直
合力方向与速度方向始终垂直
简谐运动的物体力和运动的关系又是怎样的呢？
2.特征：(1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置；(2)运动具有往复性。
观察弹簧振子的运动，并尝试做出以下8个时刻小球的合力和位移方向？
弹簧振子的合力有什么特点？
F合的方向总是指向平衡位置，总与位移方向相反。
F合的作用效果“总想”把小球拉回平衡位置。
弹簧振子所受的合力F与振子位移X的大小成正比。
1.定义:使振子回到平衡位置的力。
回复力是按力的作用效果命名的
2.来源：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.
3.大小: F=-kx
“-” 表示回复力方向始终与位移方向相反。
4.方向: 总是指向平衡位置。
5.平衡位置： F回 = 0
6.简谐运动的定义的另一种表述：
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。
问题：判断简谐运动的方法有哪些？
（1）x-t图像为正弦曲线
（2）回复力满足 F=-kx的形式
判断物体做简谐运动的方法
【典例探究】如图，一弹簧上端固定，劲度系数为k，另一端挂一质量为m的小球，平衡位置时弹簧的形变量为x0，释放后小球做上下运动，弹簧此时没有超出弹性限度，小球的运动是简谐运动吗？其回复力是谁提供的？
【分析】平衡位置时弹簧的形变量为x0， 则 mg=kx0当小球向下运动到离平衡位置的距离是x时， 小球合力为：F=mg-k(x0+x) 即F=-kx，故小球的运动是简谐运动。重力和弹力的合力提供回复力
请总结位移大小、速度大小、回复力大小在以下时刻或过程的变化情况？
弹簧振子的速度是不断变化的，所以它的动能也是不断变化的；弹簧的伸长量和压缩量也是不断变化的，所以它的弹性势能也是不断变化的。那么弹簧振子的能量变化具有什么规律呢？
简谐运动是一种理想化的模型
1.简谐运动中动能和势能相互转化，但机械能总量不变，即机械能守恒，是理想化模型。
2.简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大。
3.物体在做简谐运动时的Ek-t和Ep-t及E-t图象
x、F、a、Ep为零，v、Ek最大.
x、F、a、Ep最大，v、Ek为零；
2.各个物理量间的关系
a与F满足正弦函数变化规律
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
关于平衡位置的对称点：
（1）x、F回、a大小相同，方向相反；动能、势能相同。
（2）v大小相同，方向不一定。
（1）相距nT的两个时刻，振子的振动情况完全相同。x、F回、a、v大小相等方向相同，动能和势能相同。
（2）相距的 两个时刻，振子的振动情况完全相反x 、F回、 v 、a 等大反向，动能和势能相同
简谐运动的回复力和能量
简谐的动力学特征F=-kx
简谐运动的能量与振幅有关
1. (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.振子由A向O运动过程中,回复力逐渐增大D.振子由O向B运动过程中,回复力的方向指向平衡位置答案:AD解析:回复力是根据效果命名的力,它是由物体受到的具体的力所提供的,在此情景中弹簧的弹力充当回复力,故A项正确,B项错误;回复力与位移的大小成正比,由A向O运动过程中位移的大小在减小,故此过程回复力逐渐减小,C项错误;回复力总是指向平衡位置,故D项正确。
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答案:D解析:物块A受到重力、支持力和摩擦力的作用。摩擦力提供A做简谐运动所需的回复力,其大小和方向都随时间变化,故D项正确。
3. (多选)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,势能最大,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,振动的能量不断增加答案:AB
解析:小球在平衡位置时动能最大,加速度为零,因此A项正确;小球在A、B位置时,势能最大,加速度最大,因此B项正确;小球靠近平衡位置时,回复力做正功;远离平衡位置时,回复力做负功。振动过程中总能量不变,因此C、D项错误。
4.下图为某个弹簧振子做简谐运动的振动图像,由图像可知( )A.在0.1 s时,由于位移为零,所以振动能量为零B.在0.2 s时,振子具有最大势能C.在0.35 s时,振子具有的能量尚未达到最大值D.在0.4 s时,振子的动能最大答案:B解析:弹簧振子做简谐运动,振动能量不变,选项A错;在0.2 s时位移最大,振子具有最大势能,选项B对;弹簧振子的振动能量不变,在0.35 s时振子具有的能量与其他时刻相同,选项C错;在0.4 s时振子的位移最大,动能为零,选项D错。
5. 如图甲所示,弹簧振子以O点为平衡位置,在A、B两点之间做简谐运动。取向右为正方向,振子的位移x与时间t的关系图像如图乙所示,下列说法正确的是( )A.t=0.8 s时,振子的速度方向向右B.t=0.2 s时, 振子在O点右侧6 cm处C.t=0.4 s和t=1.2 s时,振子的加速度相同D.从t=0.4 s到t=0.8 s的时间内,振子的动能逐渐增大答案:D
解析:由题图乙知,t=0.8 s时,图像切线的斜率为负,说明振子的速度为负,即振子的速度方向向左,A项错误。在0~0.4 s内,振子做减速运动,不是匀速运动,所以t=0.2 s时,振子不在O点右侧6 cm处,B项错误。t=0.4 s和t=1.2 s时,振子的位移大小相等、方向相反,由a=- ,知加速度大小相等、方向相反, C项错误。t=0.4 s到t=0.8 s的时间内,振子的位移减小,正向平衡位置靠近,速度逐渐增大,动能逐渐增大,D项正确。
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