【物理】简谐运动的回复力和能量 课件三-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册.pptx

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1、2.32.3简谐运动的回复力和简谐运动的回复力和能量能量物理人教版（新教材）选择性必修第一册O OA AB BO OA AB BC CD DO OA AB BC CD DO OA AB BC CD DO OA AB BC CD D物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？O OA AB BC CD DO OA AB BC CD DO OA AB BC CD DO OB BC CD DA AXXXXXXFFFFFF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。小球的受力满足什么特点才会做这种运动呢？问题：问题：？弹簧振子为什么会

2、做往复运动弹簧振子为什么会做往复运动?1.1.存在力存在力 2.2.惯性惯性这个力有什么特点这个力有什么特点?OABCDOABCDOABCDOABCDOABCDOABCDOABCDOBCDAxxxxxxFFFFFF1.1.定义定义:2.特点特点:按力的按力的作用效果作用效果命名，命名，方向始终指向平衡位置方向始终指向平衡位置 使振子回到平衡位置的力使振子回到平衡位置的力3.来源：来源：回复力可以是回复力可以是弹力弹力,也可以是也可以是其它力其它力(包括摩擦包括摩擦力力);可以是可以是某一个力某一个力，或几个力的，或几个力的合力合力,或者某或者某个力的个力的分力分力.一一.简谐运动的回复力简谐运

3、动的回复力4.公式公式:“-”表示回复力方向始终与位移方向表示回复力方向始终与位移方向相反相反.(1)大小大小:(2)方向方向:总是总是指向平衡位置指向平衡位置.弹簧的劲度系数弹簧的劲度系数(常量常量)离开平衡位置的位移离开平衡位置的位移弹簧振子的加速度有何特点呢？弹簧振子的加速度有何特点呢？简谐运动的定义的另一种表述：简谐运动的定义的另一种表述：注意：注意：对一般的简谐运动，由于回复力不一定是对一般的简谐运动，由于回复力不一定是弹簧的弹力，所以弹簧的弹力，所以k不一定是劲度系数而是回复不一定是劲度系数而是回复力与位移的比例系数力与位移的比例系数如果质点所受的如果质点所受的力力与它与它 偏离平

4、衡位置的偏离平衡位置的位移大小成位移大小成正比正比，并且，并且总是指向平衡位置总是指向平衡位置,质点的运动就是简谐质点的运动就是简谐运动运动.即回复力满足即回复力满足 F=-kx的运动就是简谐运动的运动就是简谐运动 两种判断物体是否做简谐运动的方法两种判断物体是否做简谐运动的方法x-t图像为正弦曲线图像为正弦曲线F-x 满足满足 F=-kx的形式的形式用第二种方法来判断竖直的弹簧拉一个小球的振动是不是简谐运动用第二种方法来判断竖直的弹簧拉一个小球的振动是不是简谐运动？证明步骤：证明步骤：1 1、找平衡位置、找平衡位置2 2、找回复力、找回复力 3 3、找、找F=kx4 4、找方向关系、找方向关

5、系总结总结规定向下为正方向规定向下为正方向平衡位置平衡位置:C点弹力点弹力:振子受的回复力振子受的回复力此时弹簧振子的回复力还是不是弹簧的弹力？此时弹簧振子的回复力还是不是弹簧的弹力？不是，是重力和弹力的合力。不是，是重力和弹力的合力。注：注：回复力是按照力的作用效果来命名的可能是一个回复力是按照力的作用效果来命名的可能是一个力的分力，也可能是几个力的合力力的分力，也可能是几个力的合力思考思考 例例1 1、图所示为一弹簧振子，、图所示为一弹簧振子，O O为平衡位置，设向右为正方向，振为平衡位置，设向右为正方向，振子在子在B B、C C之间振动时（之间振动时（）A AB B至至O O位移为负、回

6、复力为正位移为负、回复力为正B BO O至至C C位移为正、加速度为负位移为正、加速度为负C CC C至至O O位移为负、加速度为正位移为负、加速度为正D DO O至至B B位移为负、速度为负位移为负、速度为负OCBCO OB BC CD DA AxFO OA AB BC CD DxFO OA AB BC CD DxFv例例2 2如图所示，弹簧振子如图所示，弹簧振子B B上放一个物块上放一个物块A A，在，在A A与与B B一起做简谐运一起做简谐运动的过程中，下列关于动的过程中，下列关于A A受力的说法中正确的是受力的说法中正确的是()A A物块物块A A受重力、支持力及弹簧对它的恒定的弹力受

7、重力、支持力及弹簧对它的恒定的弹力B B物块物块A A受重力、支持力及弹簧对它的大小和方向都随时间变化的弹力受重力、支持力及弹簧对它的大小和方向都随时间变化的弹力C C物块物块A A受重力、支持力及受重力、支持力及B B对它的恒定的摩擦力对它的恒定的摩擦力D D物块物块A A受重力、支持力及受重力、支持力及B B对它的大小和方向都随时间变化的摩擦力对它的大小和方向都随时间变化的摩擦力DA A.F Ff f/k k B B.2 2F Ff f/k k C C.3 3F Ff f/k k D D.4 4F Ff f/k kC二、简谐运动中的各个物理量变化规律二、简谐运动中的各个物理量变化规律X X

8、v vF F、a a动能动能势能势能A AA-OA-OOOO-BO-BB B向左最大向左最大向左减小向左减小向右最大向右最大向右最大向右最大0 0向右最大向右最大向右增大向右增大向右减小向右减小0 00 0向右增大向右增大向右减小向右减小向左增大向左增大0 0向左最大向左最大0 0增大增大最大最大减小减小0 0最大最大减小减小0 0增大增大最大最大O OA AB B1 1、简谐运动的加速度大小和方向都随时间做周期性的变化，所以、简谐运动的加速度大小和方向都随时间做周期性的变化，所以简谐运动简谐运动是变加速运动是变加速运动.2 2、当物体从、当物体从最大位移处向平衡位置最大位移处向平衡位置运动时

9、，由于运动时，由于v v与与a a的方向一致的方向一致，物体做，物体做加加速度越来越小速度越来越小 的加速运动的加速运动。3 3、当物体从、当物体从平衡位置向最大位移平衡位置向最大位移处运动时，由于处运动时，由于v v与与a a的方向相反的方向相反，物体做，物体做加速度越来越大的减速运动加速度越来越大的减速运动。2 2、简谐运动的能量与振幅有关，、简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大振幅越大，振动的能量越大.1 1、简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量、简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即保持不变，即机械能守恒机械能守恒。3 3、物体在做简

10、谐运动时的物体在做简谐运动时的E Ek k-t-t和和E Ep p-t-t及及E-tE-t图象图象t tE E0 0机械能机械能势能势能动能动能A AB BO O1 1关于正在做简谐运动的水平弹簧振子，下列说法正确的是（）关于正在做简谐运动的水平弹簧振子，下列说法正确的是（）A A振子的位移方向和加速度方向总是相同振子的位移方向和加速度方向总是相同B B振子的位移方向和回复力方向总是相同振子的位移方向和回复力方向总是相同C C振子的位移最大时加速度最小振子的位移最大时加速度最小D D振子的位移最大时弹簧的弹性势能最大振子的位移最大时弹簧的弹性势能最大D练习练习2 2如图为某质点做简谐运动的图像

11、，在如图为某质点做简谐运动的图像，在01.5s01.5s范围内，以下说法正确的范围内，以下说法正确的是（）是（）A A该质点的振动周期为该质点的振动周期为7s7s，振幅为，振幅为4cm4cmB B0.4s0.4s与与0.6s0.6s，物体的加速度相同，速度也相同，物体的加速度相同，速度也相同C C0.1s0.1s与与1.3s1.3s，物体的回复力最大，动能最小，物体的回复力最大，动能最小D D0.1s0.1s至至0.5s0.5s这段时间，质点的位移方向和速度方向都发生了改变这段时间，质点的位移方向和速度方向都发生了改变C3 3以下关于简谐振动的说法正确的是（）以下关于简谐振动的说法正确的是（）

12、A A振子在除平衡位置外的其它位置时，回复力的方向与振动位移的方向振子在除平衡位置外的其它位置时，回复力的方向与振动位移的方向一定相反一定相反B B振子通过同一位置时，速度一定相同振子通过同一位置时，速度一定相同C C振幅是振动位移的最大值，是矢量振幅是振动位移的最大值，是矢量D D简谐振动是加速度不变的匀变速运动简谐振动是加速度不变的匀变速运动A4 4下列说法的正确的是（）下列说法的正确的是（）A A回复力的方向总是与位移的方向相反回复力的方向总是与位移的方向相反B B回复力的方向总是与加速度的方向相反回复力的方向总是与加速度的方向相反C C水平弹簧振子运动到平衡位置时，回复力为零，因此能量

13、一定为零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D D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，也可能减小能减小A5 5一个水平弹簧振子的振动图像如图所示，已知小球质量为一个水平弹簧振子的振动图像如图所示，已知小球质量为20g20g，弹簧的劲度系数为，弹簧的劲度系数为20N/m20N/m，下列说法正确的是（），下列说法正确的是（）A A小球位移随时间变化的关系式为小球位移随时间变化的关系式为B B在第在第1s1s末到第末到第2s2s末这段时间内，小球的动能在减少、弹性势能在增加末这段时间内，小球的动能在

14、减少、弹性势能在增加C C小球的最大加速度为小球的最大加速度为100m/s100m/s2 2D D该小球在该小球在0-50s0-50s内的位移为内的位移为0cm0cm，路程为，路程为2.5m2.5mD6 6弹簧振子做简谐运动，振子的位移弹簧振子做简谐运动，振子的位移x x随时间随时间t t的变化如图所示，下列说的变化如图所示，下列说法正确的是（）法正确的是（）A A弹簧振子的周期为弹簧振子的周期为1.6s1.6s，振幅是，振幅是24cm24cmB Bt=0.2st=0.2s时，振子的加速度方向沿时，振子的加速度方向沿+x+x方向方向C Ct=0.4st=0.4s到到t=0.8st=0.8s的时

15、间内，振子的速度逐渐增大的时间内，振子的速度逐渐增大D Dt=0.8st=0.8s到到t=1.2st=1.2s的时间内，振子的动能逐渐增大的时间内，振子的动能逐渐增大C7 7把一个小球套在光滑细杆上，球与轻弹簧相连组成弹簧振子，小球沿把一个小球套在光滑细杆上，球与轻弹簧相连组成弹簧振子，小球沿杆在水平方向做简谐运动，平衡位置为杆在水平方向做简谐运动，平衡位置为O O，小球在，小球在A A、B B间振动，如图所示，间振动，如图所示，下列结论正确的是（）下列结论正确的是（）A A小球在小球在O O位置时，动能最大，加速度最小位置时，动能最大，加速度最小B B小球在小球在A A、B B位置时，动能最

16、大，加速度最大位置时，动能最大，加速度最大C C小球从小球从A A经经O O到到B B的过程中，回复力一直做正功的过程中，回复力一直做正功D D小球在小球在O O位置时系统的总能量大于小球在位置时系统的总能量大于小球在B B位置时系统的总能量位置时系统的总能量A8 8下列说法正确的是（）下列说法正确的是（）A A单摆运动到平衡位置时，回复力为零单摆运动到平衡位置时，回复力为零B B竖直方向的弹簧振子做简谐运动时，在平衡位置处弹簧弹力为零竖直方向的弹簧振子做简谐运动时，在平衡位置处弹簧弹力为零C C水平放置的弹簧振子做简谐运动时的能量等于在平衡位置时振子的动水平放置的弹簧振子做简谐运动时的能量等

17、于在平衡位置时振子的动能能D D单摆的周期与摆球的质量有关单摆的周期与摆球的质量有关AC9 9关于简谐运动的理解，下列说法中正确的是（）关于简谐运动的理解，下列说法中正确的是（）A A简谐运动是非匀变速运动简谐运动是非匀变速运动B B周期、频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量周期、频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量C C位移减小时，加速度减小，速度增大位移减小时，加速度减小，速度增大D D位移的方向总跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同位移的方向总跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同ABC1010关于简谐运动的理解，下列说法中正确的是（）关于简谐运动的理解，下列说法中正确的是（）A

18、A简谐运动是匀变速运动简谐运动是匀变速运动B B位移减小时，速度增大位移减小时，速度增大C C位移的方向总跟速度的方向相同位移的方向总跟速度的方向相同D D物体运动方向指向平衡位置时，速度方向与位移方向相反；背离平衡物体运动方向指向平衡位置时，速度方向与位移方向相反；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同位置时，速度方向与位移方向相同BD1111如图所示，一竖直放置的轻弹簧下端固定在水平地面上，质量为如图所示，一竖直放置的轻弹簧下端固定在水平地面上，质量为m m的的小球从弹簧正上方高为小球从弹簧正上方高为h h处自由下落到弹簧上端处自由下落到弹簧上端A A点，然后压缩弹簧到最低点，然后压缩弹簧到最低点点C C，若小球放在弹簧上可静止在，若小球放在弹簧上可静止在B B点，小球运动过程中空气阻力忽略不计，点，小球运动过程中空气阻力忽略不计，则下列说法正确的是（）则下列说法正确的是（）A AB B点位于点位于ACAC连线中点的上方连线中点的上方B BB B点位于点位于ACAC连线中点的下方连线中点的下方C C小球在小球在A A点的回复力等于点的回复力等于mgmgD D小球在小球在C C点的回复力大于点的回复力大于mgmgACD