高中物理第二章机械振动3简谐运动的回复力和能量课件新人教版选择性必修第一册

3．简谐运动的回复力和能量必备知识·自主学习一、简谐运动的回复力【情境思考】如图所示，弹簧振子在A、B间做简谐运动，请思考：小球为什么会做往复运动？这个力有什么特点？提示：小球受弹簧的弹力，由于惯性做往复运动；这个力总指向平衡位置，大小在不断变化。1．回复力(1)定义：振动质点受到的总能使其回到_________的力。(2)方向：指向_________。(3)表达式：________。2．简谐运动的动力学定义如果质点所受的力与它偏离_________位移的大小成_____，并且总是指向_________，质点的运动就是简谐运动。3．质点做简谐运动的条件物体受回复力F的大小跟位移x的大小成_____，方向跟位移方向_____。平衡位置平衡位置F＝－kx平衡位置正比平衡位置正比相反二、简谐运动的能量1．理论上可以证明，如果不考虑摩擦等阻力造成的损耗，在弹簧振子振动的任意位置，系统的动能和势能之和是_______，即简谐运动的能量是_______。一旦供给系统一定的能量，使它开始振动，它就以一定的振幅永不停息地持续振动。简谐运动是一种_________的振动。2．简谐运动中的能量跟_____有关，_____越大，振动的能量越大。将物体释放后，若只有重力或弹簧的弹力做功，则振动物体在振动过程中，___能和___能相互转化，总_______不变。不变的守恒的能量守恒振幅振幅动势机械能【易错辨析】(1)回复力的方向总是与速度的方向相反。()(2)回复力的方向总是与加速度的方向相反。()(3)水平弹簧振子运动到平衡位置时，回复力为零，因此能量一定为零。()(4)回复力的大小与速度大小无关，速度增大时，回复力可能增大，也可能减小。()(5)简谐运动是一种理想化的振动。()(6)弹簧振子位移最大时，势能也最大。()××××√√关键能力·合作学习知识点一对回复力和加速度的理解1．对回复力的理解(1)回复力是指将振动物体拉回到平衡位置的力，它可以是物体所受的合外力，也可以是一个力或某一个力的分力，而不是一种新的性质力。(2)简谐运动的回复力：F＝－kx。①k是比例系数，并非弹簧的劲度系数(水平弹簧振子中k为弹簧的劲度系数)，其值由振动系统决定，与振幅无关。②“－”号表示回复力的方向与偏离平衡位置的位移的方向相反。③x是指物体对平衡位置的位移，不一定是弹簧的伸长量或压缩量。④回复力的作用总是把物体拉向平衡位置。【问题探究】如图所示，轻质弹簧下挂一质量为m的小球，小球静止，先用外力将小球向下拉一段距离，然后释放，则小球在运动过程中受力有何特点？小球的运动是间歇运动吗？提示：在忽略空气阻力的情况下，小球受重力和弹簧的弹力，二者的合力大小不断变化，方向始终指向平衡位置；在忽略空气阻力的前提下，小球的运动可看成简谐运动。【典例示范】【典例】(多选)如图所示，物体系在两弹簧之间，弹簧劲度系数分别为k1和k2，且k1＝k，k2＝2k，两弹簧均处于自然状态。现在向右拉动物体，然后释放，物体在B、C间振动，O为平衡位置(不计阻力)，设向右为正方向，物体相对O点的位移为x，则下列判断正确的是(

)A．物体做简谐运动，OC＝OB

B．物体做简谐运动，OC≠OBC．物体所受合力F＝－kx D．物体所受合力F＝－3kx【解题探究】(1)物体在运动过程中，受弹簧的弹力如何变化？方向有何关系？提示：振动物体在水平方向受两弹簧的弹力，且两弹力大小要增大都增大，要减小都减小，其方向相同。(2)如何计算某一时刻物体所受合力？提示：先受力分析，然后结合胡克定律求得合力。【解析】选A、D。物体的位移为x，则物体所受的合力F＝－k1x－k2x＝－(k2＋k1