【优化方案】高中物理 第11章 第三节简谐运动的回复力和能量课件 新人教选修34

第三节简谐运动的回复力和能量课前自主学案核心要点突破课堂互动讲练课标定位知能优化训练

第三节简谐运动的回复力和能量课标定位学习目标：1.掌握简谐运动中位移、速度、回复力和加速度的变化规律．2．掌握简谐运动中回复力的特点．3．对水平弹簧振子，能定量的说明弹性势能与动能的转化．重点难点：1.从运动学和动力学的角度区分简谐运动中位移、速度、加速度和能量的变化规律．2．简谐运动中机械能的守恒及守恒条件．课前自主学案一、简谐运动的回复力1．回复力(1)命名：回复力是根据力的__________

(选填“性质”或“效果”)命名的．(2)效果：把物体拉回到____________．(3)方向：总是与位移x的方向相反，即总是指向_______________．效果平衡位置平衡位置(4)表达式：F＝__________.即回复力与物体的位移大小成___________，“－”表明回复力与位移方向始终_________，k是一个常数，由简谐运动系统决定．2．简谐运动如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成_________，并且总是指向_________，质点的运动就是简谐运动．－kx正比相反正比平衡位置二、简谐运动的能量1．简谐运动的能量：指振动系统的__________，振动的过程就是_____能和______能互相转化的过程．(1)在最大位移处，_____能最大，_____能为零；(2)在平衡位置处，_____能最大，_____能最小．机械能动势势动动势2．决定能量大小的因素振动系统的机械能跟______有关，______越大，机械能就越大，振动越强．在简谐运动中，振动系统的机械能_________，所以简谐运动是等幅振动．振幅振幅守恒核心要点突破一、对回复力的理解1．回复力是指将振动的物体拉回到平衡位置的力，是按照力的作用效果来命名的，分析物体的受力时，不分析回复力．2．回复力可以由某一个力提供(如弹力、摩擦力等)，也可能是几个力的合力，还可能是某一力的分力，归纳起来回复力一定等于物体在振动方向上所受的合力．3．简谐运动的回复力：F＝－kx.(1)由F＝－kx知，简谐运动的回复力大小与振子的位移大小成正比，回复力的方向与位移的方向相反，即回复力的方向总是指向平衡位置．(2)公式F＝－kx中的k指的是回复力与位移间的比例系数，而不一定是弹簧的劲度系数，系数k由振动系统自身决定．即时应用(即时突破，，小试牛刀刀)1.如图11－3－1所示，对做做简谐运动动的弹簧振振子m的受力分析析，正确的的是()A．重力、支支持力、弹弹簧的弹力力B．重力、支支持力、弹弹簧的弹力力、回复力力C．重力、支支持力、回回复力、摩摩擦力D．重力、支支持力、摩摩擦力图11－3－1解析：选A.回复力不是是做简谐运运动物体受受到的具体体的力，它它由物体受受到的具体体的力所提提供．在此此情景中弹弹簧的弹力力充当回复复力，因此此只有选项项A正确二、简谐运运动中各物物理量的变变化规律振子以O为平衡位置置在AB之间做简谐谐运动，各各物理量的的变化规律律为：特别提醒：：(1)简谐运动中中在最大位位移处，x、F、a、Ep最大，v＝0，Ek＝0；在平衡位位置处，x＝0，F＝0，a＝0，Ep最小，v、Ek最大．(2)简谐运动中中振动系统统的动能和和势能相互互转化，机机械能的总总量不变，，即机械能能守恒．即时应用(即时突破，，小试牛刀刀)2．弹簧振子子在光滑水水平面内做做简谐运动动的过程中中，下列说说法正确的的是()A．在平衡位位置时它的的机械能最最大B．在最大位位移处它的的弹性势能能最大C．从平衡位位置到最大大位移处它它的动能减减小D．从最大位位移到平衡衡位置处它它的机械能能减小解析：选BC.简谐运动过过程中机械械能守恒，，因此选项项A、D错误；在最最大位移处处，弹簧形形变量最大大，因此弹弹性势能最最大，选项项B正确；从平平衡位置到到最大位移移处，x↑→v↓→Ek↓，选项C正确.课堂互动讲练类型一理解简谐运动的动力学特征一质量为m的小球．通通过一根轻轻质弹簧悬悬挂在天花花板上，如如图11－3－2所示，(1)小球在振动动过程中的的回复力实实际上是________________________________________________________________________.(2)该小球的振振动是否为为简谐运动动？例1图11－3－2(3)在小球向平平衡位置运运动的过程程中()A．小球所受受的回复力力逐渐增大大B．小球的位位移逐渐增增大C．小球的速速度逐渐减减小D．小小球球的的加加速速度度逐逐渐渐减减小小【思路路点点拨拨】(1)分析析小小球球的的受受力力情情况况可可知知回回复复力力来来源源．．(2)证明明回回复复力力与与位位移移是是否否满满足足F回＝－－kx的关关系系．．(3)先判判断断位位移移x的变变化化，，再再判判断断回回复复力力及及加加速速度度的的变变化化．．【自主主解解答答】(1)此振振动动过过程程的的回回复复力力实实际际上上是是弹弹簧簧的的弹弹力力与与重重力力的的合合力力．．(2)设小小球球的的平平衡衡位位置置为为O，向向下下方方向向为为正正方方向向，，此此时时弹弹簧簧已已经经有有了了一一个个伸伸长长量量h，设设弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数为为k，由由平平衡衡条条件件得得kh＝mg①当小小球球向向下下偏偏离离平平衡衡位位置置的的距距离离为为x时，，回回复复力力即即合合外外力力为为F回＝mg－k(x＋h)②将①①代代入入②②式式得得：：F回＝－－kx，可可见见小小球球所所受受合合外外力力与与它它的的位位移移的的关关系系符符合合简简谐谐运运动动的的受受力力特特点点，，该该小小球球的的振振动动是是简简谐谐运运动动．．(3)振动动中中的的位位移移指指由由平平衡衡位位置置指指向向振振动动物物体体所所在在位位置置的的有有向向线线段段，，因因而而小小球球向向平平衡衡位位置置运运动动时时位位移移逐逐渐渐减减小小，，B错；；而而回回复复力力与与位位移移成成正正比比，，故故回回复复力力也也减减小小，，A错；；由由牛牛顿顿第第二二定定律律a＝F回/m得，，加加速速度度也也减减小小，，D对；；小小球球向向着着平平衡衡位位置置运运动动时时，，回回复复力力与与速速度度方方向向一一致致，，故故小小球球的的速速度度逐逐渐渐增增大大，，C错．．【答案案】(1)弹簧簧的的弹弹力力与与重重力力的的合合力力(2)是简简谐谐运运动动(3)D【方法法总总结结】分析析简简谐谐运运动动时时，，首首先先要要弄弄清清回回复复力力是是由由哪哪些些力力提提供供，，回回复复力力与与位位移移应应满满足足：：F回＝－－kx，此此类类题题目目往往往往与与牛牛顿顿第第二二定定律律及及运运动动学学相相结结合合，，判判断断F回、a、x、v的变化．变式训练1如图11－3－3所示，物体m系在两弹簧之之间，弹簧劲劲度系数分别别为k1和k2，且k1＝k，k2＝2k，两弹簧均处处于自然状态态，今向右拉拉动m，然后释放，，物体在B、C间振动，O为平衡位置(不计阻力)，则下列判断断正确的是()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图11－3－3解析：选AD.设m在平衡位置O处，两弹簧均均处于原长状状态，则m振动后任取一一位置A，如图．设在在A处m的位移为x，则在A处m所在水平方向向的合力F＝k2x＋k1x＝(k2＋k1)x，考虑到F与x的方向关系有有：F＝－(k2＋k1)x＝－3kx，选项D正确，C错误；可见m做的是简谐运运动，由简谐谐运动的对称称性可得OC＝OB，选项A正确．B错误．例2类型二简谐运动中各物理量变化的分析如图11－3－4所示是某一质质点做简谐运运动的图象，，下列说法正正确的是()A．在第1s内，质点速度度逐渐增大B．在第2s内，质点速度度逐渐增大C．在第3s内，动能转化化为势能D．在第4s内，动能转化化为势能图11－3－4【精讲精析】质点在第1s内，由平衡位位置向正向最最大位移处运运动，做减速速运动，所以以选项A错误；在第2s内，质点由正正向最大位移移处向平衡位位置运动，做做加速运动，，所以选项B正确；在第3s内，质点由平平衡位置向负负向最大位移移处运动，动动能转化为势势能，所以选选项C正确；在第4s内，质点由负负向最大位移移处向平衡位位置运动，势势能转化为动动能，所以选选项D错误．【答案】BC【方法总结】做简谐运动的的物体，在同同一位置位移移相同，回复复力、加速度度、动能、势势能、速率也也都相同，但但速度方向可可能相同也可可能相反．关关于平衡位置置对称的两点点，动能、势势能相同，加加速度、回复复力大小相等等、方向相反反；速度大小小相等，方向向