简谐运动的回复力和能量ppt课件

1、高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动11、描述简谐运动的物理量、描述简谐运动的物理量振幅：描述振动；振幅：描述振动；和频率：描述振动快慢和频率：描述振动快慢;：描述振动：描述振动. 2、简谐运动的表达式：、简谐运动的表达式：)sin(tAx复习回顾复习回顾高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动第三节第三节 简谐运动的回复力和能量简谐运动的回复力和能量2.高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动3思考与讨论思考与讨论O OA AB BO OA AB BC CD DO OA AB BC CD

2、 DO OA AB BC CD DO OA AB BC CD D物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？O OA AB BC CD DO OA AB BC CD DO OA AB BC CD DO OB BC CD DA AXXXXXXFFFFFF高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动4 一、简谐运动的回复力一、简谐运动的回复力弹簧振子所受的合力弹簧振子所受的合力F F与振子位移与振子位移X X的大小成正比，且合力的大小成正比，且合力F F的方向总是与位移的方向总是与位移X X的方的方向相反。向相反。kxF式中式中K

3、K为弹簧的劲度系数为弹簧的劲度系数 由于力由于力F F的方向总是与位移的方向总是与位移X X的方向相反，即总是指向平衡位置。它的作用总是的方向相反，即总是指向平衡位置。它的作用总是要把物体拉回到平衡位置。所以称为回复力要把物体拉回到平衡位置。所以称为回复力高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动51.1.定义定义: :2.2.特点特点: :按力的作用效果命名，按力的作用效果命名，方向始终指向平衡位置方向始终指向平衡位置 使振子回到平衡位置的力使振子回到平衡位置的力3 3、回复力来源：、回复力来源：振动方向上的合外力振动方向上的合外力 一、简谐运动的回复力一、简

4、谐运动的回复力高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动6kxF4.4.公式公式: :“-” “-” 表示回复力方向始终与位移方向相反表示回复力方向始终与位移方向相反. .kxF(胡克定律胡克定律)k k - -弹簧的劲度系数弹簧的劲度系数( (常量常量) )x x - -振子离开平衡位置的位移振子离开平衡位置的位移, ,简称位移简称位移, , 方向总是背离平衡位置方向总是背离平衡位置. .(1)(1)大小大小: : 一、简谐运动的回复力一、简谐运动的回复力(2)2)方向方向: : 总是指向平衡位置总是指向平衡位置. .高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第

5、十一章第十一章 机械振动机械振动7物体做简谐运动的条件是什么？物体做简谐运动的条件是什么？简谐运动是什么性质的运动？简谐运动是什么性质的运动？高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动8 如果质点所受的回复力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且始终指向如果质点所受的回复力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且始终指向平衡位置（即与位移方向相反）平衡位置（即与位移方向相反）, ,质点的运动就是简谐运动。质点的运动就是简谐运动。5.5.简谐运动的动力学特点（条件）简谐运动的动力学特点（条件） F F回回=kxkxmkxa6.6.简谐运动的运动学特点简谐运动的运动学

6、特点高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动9（1 1）当物体从最大位移处向平衡位置运动时，由于）当物体从最大位移处向平衡位置运动时，由于v v与与a a的方向一致，物体做加速度的方向一致，物体做加速度越来越小的加速运动。越来越小的加速运动。（2 2）当物体从平衡位置向最大位移处运动时，由于）当物体从平衡位置向最大位移处运动时，由于v v与与a a的方向相反，物体做加速度的方向相反，物体做加速度越来越大的减速运动。越来越大的减速运动。简谐运动是变加速运动简谐运动是变加速运动高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动10X Xv

7、vF F、a a动能动能势能势能A AA-OA-OO OO-BO-BB B向左最大向左最大向左向左减小减小向向右右最大最大向向右右最大最大0 0向右最大向右最大向右增大向右增大向右减小向右减小0 00 0向右增大向右增大向右减小向右减小向向左左增大增大0 0向左最大向左最大0 0增大增大最大最大减小减小0 0最大最大减小减小0 0增大增大最大最大O OA AB B分析总结：结合下图完成下表分析总结：结合下图完成下表高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动11 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，即机械简谐运动中动能和势能在发生相互转化，

8、但机械能的总量保持不变，即机械能守恒。能守恒。二、简谐运动的能量二、简谐运动的能量 试画出物体在做简谐运动时的试画出物体在做简谐运动时的E Ek k-t-t和和E Ep p-t-t及及E-tE-t图象图象t tE E0 0机械能势能动能A AB BO O简谐运动的能量由劲度系数和振幅决定简谐运动的能量由劲度系数和振幅决定. .劲度系数越大劲度系数越大, , 振动的能量越大；振幅振动的能量越大；振幅越大，振动的能量越大越大，振动的能量越大. .高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动12 竖直方向振动的弹簧振子所做的振动是简谐运动吗？竖直方向振动的弹簧振子所做的

9、振动是简谐运动吗？思考题：思考题：高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动13 例例11证明证明: :竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动证明步骤：证明步骤：1 1、找平衡位置、找平衡位置2 2、找回复力、找回复力 3 3、找、找F=kxF=kx4 4、找方向关系、找方向关系高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动14证明证明: :平衡状态时有平衡状态时有: : mg=kx mg=kx0 0当向下拉动当向下拉动x x长度时弹簧所受的长度时弹簧所受的合外力为合外力为F=-k(x+xF=-k(x+x0 0)+m

10、g)+mg =-kx-kx =-kx-kx0 0+mg+mg =-kx =-kx( (符合简谐运动的公式符合简谐运动的公式) )高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动15 例例22 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 A：速度：速度 B B：位移：位移 C C：回复力：回复力 D D：加速度：加速度BCD高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动16小结小结1 1、回复力：使振动物体回到平衡位置的力、回复力：使振动物体回到平衡位置的

11、力. .2 2、简谐运动回复力的特点：如果质点所受的回复力与它、简谐运动回复力的特点：如果质点所受的回复力与它d d偏离平衡位置的位偏离平衡位置的位移大小成正比，并且始终指向平衡位置（即与位移方向相反）移大小成正比，并且始终指向平衡位置（即与位移方向相反）, ,质点的运动就质点的运动就是简谐运动。是简谐运动。kxF3 3、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、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，即机械能守恒机械能守恒. .高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动171:1:做简谐运动的物体，当位移为负值时，以下

12、说法正确的是做简谐运动的物体，当位移为负值时，以下说法正确的是 （ ）A A速度一定为正值，加速度一定为正值速度一定为正值，加速度一定为正值B B速度不一定为正值，但加速度一定为正值速度不一定为正值，但加速度一定为正值C C速度一定为负值，加速度一定为正值速度一定为负值，加速度一定为正值D D速度不一定为负值，加速度一定为负值速度不一定为负值，加速度一定为负值B B课堂练习课堂练习高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动182 2、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（、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（ ） A A振子在振

13、动过程中，速度相同时，弹簧的长度一定相等振子在振动过程中，速度相同时，弹簧的长度一定相等B 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 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 D振子在振动过程中，系统的机械能一定守恒振子在振动过程中，系统的机械能一定守恒CDCD高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动193 3、关于弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法正确的有、关于弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法正确的有 （

14、）A A等于在平衡位置时振子的动能等于在平衡位置时振子的动能 B B等于在最大位移时弹簧的弹性势能等于在最大位移时弹簧的弹性势能 C C等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和 D D位移越大振动能量也越大位移越大振动能量也越大 ABCABC高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动204 4如图是质点做简谐振动的图像，由此可知（如图是质点做简谐振动的图像，由此可知（ ）A At=0t=0时，质点的位移、速度均为零时，质点的位移、速度均为零B Bt=1st=1s时，质点的位移为正向最大，速度为零，加速度为负向最大时，质点的位移为正向最大，速度为零，加速度为负向最大C Ct=2st=2s时，质点的位移为零，速度为负向最大值，加速度为零时，质点的位移为零，速度为负向最大值，加速度为零D D质点的振幅为质点的振幅为5cm5cm，周期为，周期为2s2sBC高中物理选修高中物理选修3-4 3-4 第十一章第十一章 机械振动机械振动21 例例2 2 如图所示，某一时刻弹簧振子的小球运动到平衡位置右侧，距平衡位置如图所示，某一时刻弹簧振子的小球运动到平