【物理】简谐运动的回复力和能量 课件四 2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册.pptx

2.3 简谐运动的回复力和能量物理人教版（新教材）选择性必修第一册说明：物体的运动跟它的受力有关，振动的受力有何特点呢说明：物体的运动跟它的受力有关，振动的受力有何特点呢？思考：我们学过哪些运动及其受力如何？思考：我们学过哪些运动及其受力如何？直线运动直线运动曲线运动曲线运动匀速直线运动匀速直线运动变速直线运动变速直线运动匀变速直线运动匀变速直线运动变加速直线运动变加速直线运动抛体运动抛体运动圆周运动圆周运动平抛运动平抛运动斜抛运动斜抛运动匀速圆周运动匀速圆周运动变速圆周运动变速圆周运动(F(F合合=0)=0)(F(F合合=ma)=ma)(F(F合合在变化）在变化）(F(F合合=mg)=mg)(F(F合合=mg)=mg)(F(F合合=F=F向向)(F(F合合部分提供向心力部分提供向心力)思考：弹簧振子为什么这样往复运动？思考：弹簧振子为什么这样往复运动？弹簧振子这个系统在内力弹簧振子这个系统在内力回复力的作回复力的作用下始终回到平衡位置。用下始终回到平衡位置。一、简谐运动的回复力特点：弹簧振子所受的合力F与振子位移X的大小成正比，且合力F的方向总是与位移X的方向相反。式中K为弹簧的劲度系数 由于力F的方向总是与位移X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F=-kx1.定义:2.特点:按力的作用效果命名方向始终指向平衡位置 使振子回到平衡位置的力3、来源：振动方向上的合外力 一、简谐运动的回复力 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）,质点的运动就是简谐运动。4.简谐运动的动力学特点:5.简谐运动的运动学特点:一、简谐运动的回复力F=-kx竖直方向振动的弹簧振子所做的振动是简谐运动吗？思考题：判断物体是否做简谐运动的方法：（2）根据回复力的规律F=-kx去判断（1）根据物体的振动图像去判断证明:证明步骤：1、找平衡位置2、找回复力 3、找F=kx4、找方向关系证明:平衡状态时有:mg-kx0=0当向下拉动x长度时弹簧所受的合外力为：F=-k(x+x0)+mg=-kx-kx0+mg=-kx(符合简谐运动的公式)二、能量二、能量2.能量由劲度系数和振幅决定.1.动能和势能总量保持不变，即机械能守恒。O OA AB Bt tE E0 0A AB Bo o机械能三、三大特征三、三大特征三、三大特征1瞬时性:a、F、x具有瞬时对应性2对称性:(1)关于平衡位置对称的两点，a(F回)大小相等，V大小相等，EK相等，EP相等。(2)运动时间对称3周期性:(1)若t2t1nT，则t1、t2两时刻振动物体在同一位置，运动情况完全相同。(2)若t2t1nTT/2，则t1、t2两时刻描述运动的物理量(x、F、a、v)大小均相等、方向相反(或均为零)。例例1：一一质量量为m的小球，通的小球，通过一根一根轻质弹簧簧悬挂在天花板上，如挂在天花板上，如图所示。所示。(1)小球在振小球在振动过程中的回复力程中的回复力实际上是上是_。(2)该小球的振小球的振动是否是否为简谐运运动？弹簧簧弹力和小球重力的合力力和小球重力的合力是是简谐运运动例例2(多选多选)如如图所示，所示，弹簧振子簧振子B上放一个物上放一个物块A，在，在A与与B一起做一起做简谐运运动的的过程中，关于物程中，关于物块A受力的受力的说法中正确的法中正确的是是()A物物块A受重力、支持力及受重力、支持力及弹簧簧对它的恒定的它的恒定的弹力力B物物块A受重力、支持力及受重力、支持力及弹簧簧对它的它的大小和方向都随大小和方向都随时间变化的化的弹力力C物物块A做做简谐振振动的回复力是的回复力是B对它的摩擦力它的摩擦力D物物块A受重力、支持力及受重力、支持力及B对它的大小和方向都随它的大小和方向都随时间变化的摩擦化的摩擦力力CD例例3.(多多选选)如如图所所示示，物物体体系系在在两两弹簧簧之之间，弹簧簧劲度度系系数数分分别为k1和和k2，且且k1k，k22k，两两弹簧簧均均处于于自自然然状状态。现在在向向右右拉拉动物物体体，然然后后释放放，物物体体在在B、C间振振动，O为平平衡衡位位置置(不不计阻阻力力)，设向向右右为正正方方向向，物体相物体相对O点的位移点的位移为x，则下列判断正确的下列判断正确的是是()A物体做物体做简谐运运动，OCOBB物体做物体做简谐运运动，OCOBC物体所受合力物体所受合力FkxD物体所受合力物体所受合力F3kxAD例例4.如如图所所示示是是一一个个弹簧簧振振子子在在00.4 s时间内内做做简谐运运动的的图像，由像，由图像可像可知知()A在在0.250.3 s时间内，内，振子受到的回复力越来越小振子受到的回复力越来越小Bt0.7 s时刻，振子的速度最大刻，振子的速度最大C振子的振子的动能和能和势能相互能相互转化的周期化的周期为0.4 sD振子的振子的动能和能和势能相互能相互转化的周期化的周期为0.2 sD例例5.(多多选选)如如图所所示示，弹簧簧振振子子在在C、B间做做简谐运运动，O点点为其其平衡位置，平衡位置，则()A振子在由振子在由C点运点运动到到O点的点的过 程中，回复力逐程中，回复力逐渐增大增大B振子在由振子在由O点运点运动到到B点的点的过程中，速度不断增加程中，速度不断增加C振子在振子在O点加速度最小，在点加速度最小，在B点加速度最大点加速度最大D振子通振子通过平衡位置平衡位置O点点时，动能最大，能最大，势能最小能最小CD例例6.(多多选选)公公路路上上匀匀速速行行驶的的货车受受一一扰动，车上上货物物随随车厢底底板板上上下下振振动但但不不脱脱离离底底板板。一一段段时间内内货物物在在竖直直方方向向的的振振动可可视为简谐运运动，周周期期为T。取取竖直直向向上上为正正方方向向，以以某某时刻刻为计时起点，其振起点，其振动图像如像如图所示，所示，则()CD