(精品)3　简谐运动的回复力和能量 (4).ppt

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1、自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练3简谐运动的回复力和能量简谐运动的回复力和能量自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练1知道回复力的概念，了解它的来源知道回复力的概念，了解它的来源2理解从力的角度来定理解从力的角度来定义义的的简谐简谐运运动动3理解理解简谐简谐运运动动中位移、回复力、加速度、速度、能量中位移、回复力、加速度、速度、能量等各物理量的等各物理量的变变化化规规律律4知道知道简谐简谐运运动动中机械能守恒，能量大小与振幅有关中机械能守恒，能量大小与振幅有关.自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练

2、课堂对点演练一、一、简谐简谐运运动动的回复力的回复力回复力回复力项项目目内容内容定定义义振振动动物体受到物体受到总总能使振能使振动动物体物体回到回到_且且始始终终指向指向_的的力力方向方向指向指向_来源来源回复力是根据力的回复力是根据力的作用作用_命名命名的，可以是重的，可以是重力、力、弹弹力或摩擦力几个力力或摩擦力几个力的的_，或某个力或某个力的的_等等表达式表达式F_平衡位置平衡位置平衡位置平衡位置平衡位置平衡位置效果效果合力合力分力分力kx自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练如果如果质质点所受的回复力与它偏离平衡位置位移的大小成点所受的回复力与它偏离平

3、衡位置位移的大小成_，并且，并且总总是指向是指向_，质质点的运点的运动动就是就是简谐简谐运运动动表达式表达式为为：Fkx.提醒提醒回复力表达式：回复力表达式：Fkx，即回复力与物体的位移大，即回复力与物体的位移大小成正比，小成正比，“”表明回复力与位移方向始表明回复力与位移方向始终终相反，相反，k是一个是一个常数，由振常数，由振动动系系统统决定决定(1)做做简谐简谐运运动动的物体只有的物体只有_和和_相互相互转转化，在化，在转转化化过过程中程中_(2)在最大位移在最大位移处处，_最大，最大，_最小最小简谐运动的动力学特征简谐运动的动力学特征正比正比平衡位置平衡位置二、简谐运动的能量二、简谐运动

4、的能量简谐运动中能量转化特点简谐运动中能量转化特点动动能能势势能能机械能守恒机械能守恒势势能能动动能能自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练(3)在平衡位置在平衡位置处处，_最大，最大，_最小最小振振动动系系统统的机械能跟的机械能跟_有关，有关，_越大，机械能就越越大，机械能就越大大提醒提醒对对于同一振于同一振动动系系统统才能才能说说振幅越大，机械能越大，振幅越大，机械能越大，对对于不同振于不同振动动系系统统不能不能说说振幅越大，机械能越大振幅越大，机械能越大决定能量大小的因素决定能量大小的因素动动能能势势能能振幅振幅振幅振幅自主学习自主学习名师解疑名师解疑分

5、类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练(1)回复力是根据力的作用效果命名的，它可以是回复力是根据力的作用效果命名的，它可以是弹弹力，也力，也可以是其他力可以是其他力(包括摩擦力包括摩擦力)，或几个力的合力，或某个力，或几个力的合力，或某个力的分力，物体沿直的分力，物体沿直线线振振动时动时回复力就是合外力，沿回复力就是合外力，沿圆圆弧振弧振动时动时回复力是合外力在回复力是合外力在圆圆弧切弧切线线方向上的分力方向上的分力(2)回复力的方向回复力的方向总总是指向平衡位置，回复力是指向平衡位置，回复力为为零的位置就零的位置就是平衡位置是平衡位置(沿沿圆圆弧振弧振动时动时，物体，物体经经平衡位置回复力平

6、衡位置回复力为为零，零，但合力不但合力不为为零零)举例说明举例说明：如：如图图1131甲所示，水平方向的甲所示，水平方向的弹弹簧振子，簧振子，一、对回复力的理解一、对回复力的理解两点助你理解回复力两点助你理解回复力自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练弹弹力充当回复力；如力充当回复力；如图图1131乙所示，乙所示，竖竖直方向的直方向的弹弹簧簧振子振子弹弹力和重力的合力充当回复力；如力和重力的合力充当回复力；如图图1131丙所示，丙所示，m随随M一起振一起振动动，m的回复力由静摩擦力提供的回复力由静摩擦力提供图图1131自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分

7、类例析课堂对点演练课堂对点演练振振动动中的位移中的位移x都是以平衡位置都是以平衡位置为为起点，因此，方向就是起点，因此，方向就是从平衡位置指向末位置的方向，大小就是从平衡位置指向末位置的方向，大小就是这这两位置两位置间间的距的距离，在两个离，在两个“端点端点”时时位移最大，在平衡位置位移位移最大，在平衡位置位移为为零零加速度加速度a的的变变化与化与F回回的的变变化是一致的，在两个化是一致的，在两个“端点端点”最大，最大，在平衡位置在平衡位置为为零，方向零，方向总总指向平衡位置指向平衡位置二、简谐运动中位移、回复力、加速度、速度、动能、二、简谐运动中位移、回复力、加速度、速度、动能、势势能的变化

8、规律能的变化规律位移的变化规律位移的变化规律加速度与回复力的变化规律加速度与回复力的变化规律自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练速度大小速度大小v与加速度与加速度a的的变变化恰好相化恰好相反，在两个反，在两个“端点端点”为为零，在平衡位零，在平衡位置最大，除两个置最大，除两个“端点端点”外任何一个外任何一个位置的速度方向都有两种可能位置的速度方向都有两种可能动动能大小与速度大小能大小与速度大小对应对应，在两端，在两端点点为为零，在平衡位置最大零，在平衡位置最大图图1132速度变化规律速度变化规律动能变化规律动能变化规律势势能大小能大小变变化与化与动动能大小能

9、大小变变化恰好相反，在两端点最大，在化恰好相反，在两端点最大，在平衡位置平衡位置为为零零势能变化规律势能变化规律下表是关于简谐运动中弹簧振子下表是关于简谐运动中弹簧振子(图图1132)的变化规律的变化规律自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练振子振子的的运运动动位移位移加速度加速度(回复力回复力)速度速度动动能能 势势能能OB增大，方向增大，方向向右向右增大，方向增大，方向向左向左减小，方向减小，方向向右向右减小减小 增大增大B最大最大最大最大00最大最大BO减小，方向减小，方向向右向右减小，方向减小，方向向左向左增大，方向增大，方向向左向左增大增大 减小减小

10、O00最大最大最大最大0OC增大，方向增大，方向向左向左增大，方向增大，方向向右向右减小，方向减小，方向向左向左减小减小 增大增大C最大最大最大最大00最大最大CO减小，方向减小，方向向左向左减小，方向减小，方向向右向右增大，方向增大，方向向右向右增大增大 减小减小自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练思考与思考与讨论讨论(教材教材P11)点点拨拨位置位置AAOOOBB位移的大小位移的大小最大值最大值0最大值最大值速度的大小速度的大小0最大值最大值0动能动能0最大值最大值0势能势能最大值最大值0最大值最大值总能总能不变不变不变不变不变不变不变不变不变不变教材资

11、料分析教材资料分析自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练做一做做一做(教材教材P12)点拨点拨 如右图所示，设振子的平衡位置如右图所示，设振子的平衡位置为为O，向下方向为正方向，此时弹簧已经，向下方向为正方向，此时弹簧已经有了一个伸长量有了一个伸长量h，设弹簧的劲度系数为，设弹簧的劲度系数为k，由平衡条件得，由平衡条件得khmg.当振子向下偏离平衡位置的距离为当振子向下偏离平衡位置的距离为x时，回复力即合外力为时，回复力即合外力为F回回mgk(xh)将将式代入式代入式得：式得：F回回kx，可见小球所受合外力与它的，可见小球所受合外力与它的位移的关系符合简谐运动

12、的受力特点，该振动系统的振动也位移的关系符合简谐运动的受力特点，该振动系统的振动也是简谐运动我们把这样的系统称为竖直弹簧振子振子振是简谐运动我们把这样的系统称为竖直弹簧振子振子振动过程中，动能、重力势能和弹性势能同时参与转化，机械动过程中，动能、重力势能和弹性势能同时参与转化，机械能的总和保持不变能的总和保持不变自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练关于回复力，下列关于回复力，下列说说法正确的是法正确的是()A回复力是指物体离开平衡位置回复力是指物体离开平衡位置时时受到的指向平衡位置受到的指向平衡位置的力的力B回复力是按力的作用效果命名的，它可能由回复力是按力

13、的作用效果命名的，它可能由弹弹力提力提供，也可能由摩擦力提供供，也可能由摩擦力提供C回复力可能是某几个力的合力，也可能是某一个力的回复力可能是某几个力的合力，也可能是某一个力的分力分力D振振动动物体在平衡位置物体在平衡位置时时，其所受合力，其所受合力为为零零【典典例例1】对回复力的认识及理解对回复力的认识及理解自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练解析解析由回复力定由回复力定义义可知可知选项选项A正确由正确由图图甲知，物体甲知，物体A和和B整体的回复力由整体的回复力由弹弹簧簧弹弹力提供，物体力提供，物体A的回复力由摩擦的回复力由摩擦力提供由力提供由图图乙知，物

14、体在最低点乙知，物体在最低点时时，所受合力不，所受合力不为为零，零，合力提供向心力，但回复力合力提供向心力，但回复力为为零，所以零，所以选项选项A、B、C正确正确答案答案ABC自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练【变变式式1】如如图图1133所所示示，挂挂在在竖竖直直弹弹簧簧下下面面的的小小球球，用用手手向向下下拉拉一一段段距距离离，然然后后放放手手，小小球球上上下下振振动动，试试判断小球的运判断小球的运动动是否是否为简谐为简谐运运动动图图1133自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练解解析析小小球球静静止止时时的的位位置置

15、为为其其运运动动时时的的平平衡衡位位置置，设设此此时时弹弹簧簧伸伸长长量量为为x0，由由力力的的平平衡衡条条件件可可知知kx0mg，向向下下再再拉拉长长x，释释放放后后小小球球受受到到指指向向平平衡衡位位置置的的合合力力大大小小为为：Fk(xx0)mgkx，考考虑虑到到力力的的方方向向和和位位移移方方向向的的关关系系，应应有有：Fkx.由由此此可可见见，小小球球的的运运动为简谐运动动为简谐运动答案见解析答案见解析自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练如如图图1134所示，一所示，一弹弹簧振簧振子在子在A、B间间做做简谐简谐运运动动，平衡位置，平衡位置为为O，已

16、知振子的，已知振子的质质量量为为M.(1)简谐简谐运运动动的能量取决于的能量取决于_，本，本题题中物体振中物体振动时动时_能和能和_能相互能相互转转化，化，总总_守恒守恒简谐运动中的能量简谐运动中的能量【典典例例2】图图1134(2)振子在振振子在振动过动过程中有以下程中有以下说说法，其中正确的是法，其中正确的是()A振子在平衡位置，振子在平衡位置，动动能最大，能最大，势势能最小能最小B振子在最大位移振子在最大位移处处，势势能最大，能最大，动动能最小能最小自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练C振子在向平衡位置振振子在向平衡位置振动时动时，由于振子振幅减小，故

17、，由于振子振幅减小，故总总机械机械能减小能减小D在任意在任意时时刻，刻，动动能与能与势势能之和保持不能之和保持不变变解析解析(1)简谐简谐运运动动的能量取决于振幅，本的能量取决于振幅，本题题中物体振中物体振动时动动时动能能和和弹弹性性势势能相互能相互转转化，化，总总机械能守恒机械能守恒(2)振子在平衡位置两振子在平衡位置两侧侧往复振往复振动动，在最大位移，在最大位移处处速度速度为为零，零，动动能能为为零，此零，此时弹时弹簧的形簧的形变变量最大，量最大，势势能最大，所以能最大，所以B正确；正确；在任意在任意时时刻只有刻只有弹弹簧的簧的弹弹力做功，所以机械能守恒，力做功，所以机械能守恒，D正确；正

18、确；到平衡位置到平衡位置处处速度达到最大，速度达到最大，动动能最大，能最大，势势能最小，所以能最小，所以A正正确；振幅的大小与振子的位置无关，所以确；振幅的大小与振子的位置无关，所以选项选项C错误错误答案答案(1)振幅振幅动动弹弹性性势势机械能机械能(2)ABD自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练沿水平方向振沿水平方向振动动的的弹弹簧振子在做簧振子在做简谐简谐运运动动的的过过程中，程中，下列下列说说法正确的是法正确的是()A在平衡位置，它的机械能最大在平衡位置，它的机械能最大B在最大位移在最大位移处处，它的，它的弹弹性性势势能最大能最大C从平衡位置向最大位移

19、从平衡位置向最大位移处处运运动过动过程中，它的程中，它的弹弹性性势势能能减小减小D从最大位移从最大位移处处向平衡位置运向平衡位置运动动的的过过程中，它的机械能程中，它的机械能减小减小解析解析弹弹簧振子在振簧振子在振动过动过程中机械能守恒，故程中机械能守恒，故A、D错误错误；位移越大，位移越大，弹弹簧的形簧的形变变量越大，量越大，弹弹性性势势能越大，故能越大，故B正确，正确，C错误错误答案答案B【变式变式2】自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练1沿沿水水平平图图方方向向振振动动的的弹弹簧簧振振子子如如图图11-3-5所所示示，振振子子的的受力情况是受力情况是(

20、)A重力重力、支持力和弹簧的弹力支持力和弹簧的弹力B重力重力、支持力支持力、弹簧弹力和回复力弹簧弹力和回复力C重力重力、支持力和回复力支持力和回复力D重力重力、支持力支持力、摩擦力和回复力摩擦力和回复力解解析析回回复复力力是是按按力力的的作作用用效效果果命命名名的的，不不是是性性质质力力，在在对对物物体体进进行行受受力力分分析析时时是是对对性性质质力力进进行行分分析析，因因此此不不能能添添加加上上回回复复力力回回复复力力可可以以是是几几个个力力的的合合力力，也也可可以以是是某某个个力力的的分分力力，故故选选项项B、C、D错错误误，选选项项A正确正确答案答案A自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类

21、例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练如如图图1136所示，所示，A、B叠放在光滑叠放在光滑水平地面上，水平地面上，B与自由与自由长长度度为为L0的的轻弹轻弹簧相簧相连连，当系，当系统统振振动时动时，A、B始始终终无无相相对对滑滑动动，已知，已知mA3m，mBm，当，当图图11362自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练如如图图1137所示，是物体做所示，是物体做简简谐谐运运动动的的xt图图象，以下象，以下说说法正确法正确的是的是()A物体振幅在物体振幅在2cm到到2cm之之间间变变化化B1

22、s末物体速度方向沿末物体速度方向沿x轴负轴负方方向向 简谐运动中的能量简谐运动中的能量图图11373.C1.5s时时物体的位移最大，加速度最大物体的位移最大，加速度最大D2s末物体的速度最大，末物体的速度最大，动动能最大能最大自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练解析解析根据根据图图象提供的信息，振幅象提供的信息，振幅为为2cm，A错误错误；1s末末物体正物体正经经平衡位置向平衡位置向x方向运方向运动动，B正确；正确；1.5s末物体恰末物体恰好到达好到达负负的最大位移的最大位移处处，a为为最大，方向最大，方向为为x，C正确；正确；2s末物体在平衡位置，速度最大，末物体在平衡位置，速度最大，动动能最大，能最大，D正确正确答案答案BCD