简谐运动的回复力和能量课件高二上学期物理人教版选择性

第二章

机械振动第3节

简谐运动的回复力和能量新教材人教版物理（高中选择性必修第一册）思考与讨论

当我们把弹簧振子的小球拉离平衡位置释放后，小球就会在平衡位置附近做简谐运动。小球的受力的大小方向如何？一、回复力1.定义：使振子回到平衡位置的力

回复力为零的位置就是平衡位置2.来源：回复力是一种效果力，可以是某一个力，也可以是几个力的合力,或者某个力的分力。方向始终指向平衡位置.3.大小：F合=-kx（1）F合为振动方向的合力；（2）x表示位移，非弹簧长度；（3）k在弹簧振子中表示劲度系数，而在其他振动系统中k不一定是劲度系数而是回复力与位移的比例系数（4）判断简谐运动的方法①看振动图像是不是正弦曲线②看振动方向的回复力是否满足F回=-kx例1：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？证明步骤：1、找平衡位置2、找回复力3、判断是否满足条件F=-kXx0ox0o证明：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，

回复力：F=mg-k(x0+x)得F=-kx，即小球的运动是简谐运动。重力和弹力的合力提供回复力例2：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？例3：一质量为m，侧面积为S的正方体木块，放在水面上静止(平衡)，如图所示．现用力向下将其压入水中一段深度x后(未全部浸没)撤掉外力，木块在水面上上下振动，忽略一切阻力，(只考虑浮力和重力)试判断木块的振动是否为简谐运动．

弹簧振子中小球的速度在不断变化，因而它的动能在不断变化；弹簧的伸长量或压缩量在不断变化，因而它的势能也在不断变化。弹簧振子的能量变化具有什么规律呢？ODCBA二、简谐运动的能量简谐运动各个物理量如何变化？有何规律？0ABOAA→OOA→OB动能势能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00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1.能量转化：动能和势能在发生相互转化，总机械能不变。2.能量大小：（1）振幅越大，能量越大（2）周期性，对称性OQPtE0机械能势能动能如图所示，光滑水平杆上套着一个小球和一个弹簧，弹簧一端固定，另一端连接在小球上，忽略弹簧质量。小球以点O为平衡置，在A、B两点之间做往复运动，它所受的回复力F随时间t变化的图象如图，则t在2s~3s的时间内，振子的动能Ek，和势能Ep的变化情况是（）A．Ek变小，Ep变大

B．Ek变大，Ep变小C．Ek，Ep均变小

D．Ek，Ep均变大B

ACDDAD如图所示，一劲度系数为k的轻弹簧，下端被固定在水平地面上，上端与质量为m的小球（可视为质点）相连，开始时小球静止于O点。现用一竖直向上的拉力将小球缓慢拉至P点，此时弹簧恢复原长。t=0时刻撤去拉力，小球由静止开始做简谐运动，经时间第一次回到O点，已知弹簧的形变