人教版高中物理选修3-411.3简谐运动的回复力和能量（41张）.ppt

我们学过哪些运动及其受力如何？ 直线和曲线 导入新课 运动 受力特点 力大小变化情况 与速度的方向关系 匀速直线运动 匀变速直线运动 匀变速曲线运动 匀速圆周运动 …… …… …… F 合 的方向与速度在一条直线上 F 合 的方向与速度方向有一夹角 F 合 的方向与速度方向始终垂直 说明： 物体的运动跟它的受力有关，振动的受力有何特点呢？ 第三节 简谐运动的回复力和能量 1. 理解回复力的概念 2. 理解简谐运动中位移、速度、回复力和加速度的变化规律 3. 理解水平弹簧振子中动能、势能及总能量的变化规律 知识与能力 : 教学目标 1. 会分析简谐运动中位移、速度、回复力和加速度的变化规律 2. 会分析水平弹簧振子中动能、势能及总能量的变化规律 过程与方法 : 1. 通过对受力和能量转化的研究来提高学生的分析能力 2. 培养热爱生活的情趣 热爱生活 研究生活 情感、态度与价值观： 用动力学及能量观点来分析简谐运动 对回复力的理解及振动形成原因的认识 重点 难点 教学重难点 3 、简谐运动的能量 1 、简谐运动的回复力 2 、简谐运动中的各个物理量变化规律 本节导航 1﹑ 简谐运动的回复力 观察弹簧振子的运动 弹簧振子为什么这样运动？ 想一想 振子到达平衡位置时，由于惯性继续运动。振子离开平衡位置，由于弹簧对它有指向平衡位置的力而作加速或减速运动。 振动形成原因： 1. 回复力： 物体所受的力方向总是指向平衡位置， 使物体回到平衡位置的力。 一、简谐运动的回复力 怎样理解回复力这个概念？ 回复力是产生振动的必要条件。 提供回复力的可以是某个力，也可以是某个力的分力，还可以是几个力的合力。 2. 振动的位移（ x ）： 方向由平衡位置起背离平衡位置。 回复力的方向与振子的位移方向始终相反。 水平方向弹簧振子回复力 F 和位移 X 的关系 F = k x － 回复力 劲度系数 位移 物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力作用下振动。 3. 简谐运动： F = kx － 回复力 位移 比例系数 （ “ － ” 表示回复力与位移的方向相反） 音叉的振动可以看成是简谐运动 在劲度系数为 k ，原长为 L 0 的固定于一点的弹簧下端挂一质量为 m 的小物块，释放后小物块做上下振动，此时弹簧没有超出弹性限度，小木块的振动是简谐运动吗？ 如图所示，振子的平衡位置为 o ，向下方向为正方向， 此时弹簧的形变为 x 0 ，根据胡克定律及平衡条件有 mg-kx 0 =0 当振子向下偏离平衡位置为 x 时，回复力（即合外力）为： F=mg-k(x 0 +x) 两式联立可以得 F=-kx ，物体振动时的回复力符合简谐运动的条件。 即竖直方向的弹簧振子是简谐运动。 x 0 o 正方向 —— 判断是否做简谐运动的依据 F = kx － 归纳 简谐运动的运动规律 加速度 加速度随位移的变化而变化，所以简谐运动是一种非匀变速运动。 2﹑ 简谐运动中各个物理量变化规律 速度： 简谐运动是变加速运动，在平衡位置处速度最大，在最大位移处速度为零。速度的变化也具有周期性。 二、简谐运动中各个物理量变化规律 请观看弹簧振子的振动 hkjk 物理量 变化过程 B B 到 O O O 到 A A A 到 O O O 到 B B 位移（ x ） 方向 大小变化 回复力（ F ）加速度（ a ） 方向 大小变化 速度（ v ） 方向 大小变化 最大 最大 向右 向左 向右 变小 向左 变小 向左 变大 最大 向左 0 0 0 向左 变大 最大 向左 向右 向右 变大 最大 向左 变小 0 作简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，一定相同的物理量是（ ） A. 速度 B. 位移 C. 回复力 D. 加速度 BCD 思考 X v F 、 a 动能 势能 A A-O O O-B B 向左最大 向左 减小 向 右 最大 向 右 最大 0 向右最大 向右增大 向右减小 0 0 向右增大 向右减小 向 左 增大 0 向左最大 0 增大 最大 减小 0 最大 减小 0 增大 最大 O A B 三、简谐运动的能量 简谐运动的能量与振幅有关， 振幅越大，振动的能量越大。 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 。 简谐运动是一种理想化模型 3﹑ 简谐运动的能量 试画出物体在做简谐运动时的 E k -t 和 E p -t 及 E-t 图象： t E 0 机械能 势能 动能 A B O 1. 回复力 ： 方向总是指向平衡位置，使物体回到平衡位置的力。 2. 振动的位移（ x ）： 方向由平衡位置起背离平衡位置。 课堂小结 3. 简谐运动： 物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力作用下振动。 4. 简谐运动中的各个物理量变化规律 V a x E k E p 都随物体的振动做周期性的变化 5. 简谐运动中机械能守恒 1. 在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，下列各组中描述振动的物理量总是相同的是 （ ） A ．速度、加速度、动能 B ．加速度、回复力和位移 C ．加速度、动能和位移 D ．位移、动能、回复力 BCD 课堂练习 2. 做简谐运动的物体，当位移为负值时，以下说法正确的是 （ ） B A ．速度一定为正值，加速度一定为正值 B ．速度不一定为正值，但加速度一定为正值 C ．速度一定为负值，加速度一定为正值 D ．速度不一定为负值，加速度一定为负值 3. 如图所示，某一时刻弹簧振子的小球运动到平衡位置右侧，距平衡位置 O 点 3cm 处的 B 点，已知小球的质量为 1kg ，小球离开平衡位置的最大距离为 5cm ，弹簧的劲度系数为 200N/m ，求： （ 1 ）最大回复力的大小是多少？ （ 2 ）在 B 点时小球受到的回复力的大小和方向？ （ 3 ）此时小球的加速度大小和方向？ O B 解（ 1 ） 最大回复力 F=kx= 200×0.05N=10N （ 2 ） 在 B 点的回复力大小为 F B =Kx 1 = 200×0.03N=6N 方向由 B 指向 O （ 3 ）根据牛顿第二定律可得 =6 4. 当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法正确的（ ） C D A ．振子在振动过程中，速度相同时，弹簧的长度一 定相等 B ．振子从最低点向平衡位置运动过程中，弹簧弹力始终做负功 C ．振子在振动过程中的回复力由弹簧的弹力和振子的重力的合力提供 D ．振子在振动过程中，系统的机械能一定守恒 5. 关于弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法正确的有 （ ） ABC A ．等于在平衡位置时振子的动能 B ．等于在最大位移时弹簧的弹性势能 C ．等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和 D ．位移越大振动能量也越大 6. 如图是质点做简谐振动的图像，由此可知（ ） A ． t=0 时，质点的位移、速度均为零 B ． t=1s 时，质点的位移为正向最大，速度为零，加速度为负向最大 C ． t=2s 时，质点的位移为零，速度为负向最大值，加速度为零 D ．质点的振幅为 5cm ，周期为 2s B C 7. 一个弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动，其中有两个时刻弹簧振子的弹力大小相等，但方向相反，则这两个时刻振子的（ ） A ．速度一定大小相等 , 方向相反 B ．加速度一定大小相等 , 方向相反 C ．位移一定大小相等 , 但方向不一定相反 D ．以上三项都不一定大小相等方向相反 B 8. 弹簧振子在做简谐运动时 （ ） A. 加速度大小和位移大小成正比，方向相反 B. 加速度大小和位移大小成正比，方向相同 C. 速度和位移大小成正比，方向相同 D. 速度和位移大小成正比，方向相反 A