【物理】简谐运动的回复力和能量 课件二-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册.pptx

《【物理】简谐运动的回复力和能量 课件二-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【物理】简谐运动的回复力和能量 课件二-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册.pptx（24页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、2.3简谐运动的回复力和能量物理人教版（新教材）选择性必修第一册一、机械振动一、机械振动 1.定义定义:物体在平衡位置附近所做的往复运动物体在平衡位置附近所做的往复运动.2.特点特点:对称性对称性;周期性周期性.二、弹簧振子模型二、弹簧振子模型 1.1.小球看成质点小球看成质点小球看成质点小球看成质点;2.;2.忽略弹簧质量忽略弹簧质量忽略弹簧质量忽略弹簧质量;3.;3.忽略阻力忽略阻力忽略阻力忽略阻力.三、振动图像三、振动图像(x-t图象图象)横坐标横坐标t时间时间;纵坐标纵坐标x偏离平衡位置的位移偏离平衡位置的位移.位移位移位移位移x:总是从平衡位置指向振子位置总是从平衡位置指向振子位置总

2、是从平衡位置指向振子位置总是从平衡位置指向振子位置.4、特征值法、特征值法:振幅振幅;周期周期、频率频率;相位相位.强弱；强弱；快慢快慢;步调步调.四、简谐运动的描述四、简谐运动的描述 1、定义法、定义法:位移随时间按正弦规律变化位移随时间按正弦规律变化.3、图象法图象法:是正弦曲线是正弦曲线.2、公式法：、公式法：我们学过哪些运动及其受力如何？我们学过哪些运动及其受力如何？我们学过哪些运动及其受力如何？我们学过哪些运动及其受力如何？复习回顾复习回顾运动运动运动运动受力特点受力特点受力特点受力特点力大小变化情况力大小变化情况力大小变化情况力大小变化情况与速度的方向关系与速度的方向关系与速度的方

3、向关系与速度的方向关系匀速直线运动匀速直线运动匀速直线运动匀速直线运动匀变速直线运动匀变速直线运动匀变速直线运动匀变速直线运动匀变速曲线运动匀变速曲线运动匀变速曲线运动匀变速曲线运动匀速圆周运动匀速圆周运动匀速圆周运动匀速圆周运动F合合与与v在一条直线上在一条直线上F合合与与v方向有一夹角方向有一夹角F合合与与v方向方向始终垂直始终垂直下列物理量下列物理量速度速度V V 加速度加速度a a 回复力回复力F F 位移位移X X1 1、在平衡位置最大的有：、在平衡位置最大的有：为零的有：为零的有：V X F a 2 2、在弹簧的最大的伸长量或最大的压缩量：、在弹簧的最大的伸长量或最大的压缩量：最大

4、的物理量有：最大的物理量有：为零的物理量有：为零的物理量有：X F aV 3 3、从从A A到到 O O是是:加速度加速度不断减小不断减小 ,速度速度增大过程。增大过程。（O O到到AA呢）呢）思考思考1:弹簧振子为什么会做往复运动弹簧振子为什么会做往复运动?答答:1.存在力存在力;惯性惯性.思考思考2:这个力有什么特点这个力有什么特点?2.总是指向平衡位置总是指向平衡位置.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？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

5、 OA AB BC CD DO OA AB BC CD DO OA AB BC CD DO OA AB BC CD DO OA AB BC CD DO OB BC CD DA Ax xx xx xx xx xx xF FF FF FF FF FF F总是指向平衡位置总是指向平衡位置总是指向平衡位置总是指向平衡位置1.定义：使物体回到平衡位置的力，总指向平衡位置一、回复力一、回复力注意：（1）回复力是按力的作用效果命名。（2）回复力来源：振动方向上的合外力1.定义：使物体回到平衡位置的力，总指向平衡位置一、回复力一、回复力2.计算：F回=kx回思考：一思考：一弹簧上端固定，弹簧上端固定，劲度系数

6、为劲度系数为k，另一端挂一质量为，另一端挂一质量为m的的小球，释放后小球做上下小球，释放后小球做上下运动运动，弹簧此时没有超出弹性限度，小，弹簧此时没有超出弹性限度，小球的运动是简谐运动吗？其回复力是谁提供的？球的运动是简谐运动吗？其回复力是谁提供的？x0o证明：证明：平衡位置时弹簧的形变量为平衡位置时弹簧的形变量为x0，则则 mg=kx0 当小球向下运动到离平衡位置的距离是当小球向下运动到离平衡位置的距离是x时，时，回复力：回复力：F=mg-k(x0+x)得得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即小球的运动是简谐运动。重力和弹力的合力提供回复力位移位移速度速度回复力

7、回复力A AA-OA-OO OO-AO-A/A A/最大最大减小减小最大最大最大最大0 0最大最大增大增大减小减小0 00 0增大增大减小减小增大增大0 0向最大向最大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 AA A/分析总结：结合下图完成下表分析总结：结合下图完成下表动能动能势能势能动能和势能在发生相互转动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量保持化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒。不变，即机械能守恒。思考：在简谐运动过程中，振子能量变化情况如何？思考：在简谐运动过程中，振子能量变化情况如何？思考：在简谐运动过程中，振子能量变化情况如何？思考

8、：在简谐运动过程中，振子能量变化情况如何？AA O O BB O OOA动能0增大最大减小0增大最大减小势能最大减小0增大最大减小0增大总能不变OB振振物理量物理量变变化化规规律律子子位位置置 1 1、总机械能、总机械能=任意位置的任意位置的动能动能+势能势能 =平衡位置的平衡位置的动能动能 =振幅位置的振幅位置的势能势能；2、振动系统的能量与振动的、振动系统的能量与振动的振幅振幅和和劲度系数劲度系数有关。有关。劲度系数越大劲度系数越大,振幅越大，振动的能量越大；振幅越大，振动的能量越大；3.实际的振动总是要受到实际的振动总是要受到摩擦和阻力摩擦和阻力，因此在振动过程，因此在振动过程中需要不断

9、克服外界阻力做功而中需要不断克服外界阻力做功而消耗能量消耗能量，振幅会逐渐，振幅会逐渐减小，最终停下来减小，最终停下来.二、简谐运动的能量二、简谐运动的能量物体在做简谐运动时的物体在做简谐运动时的物体在做简谐运动时的物体在做简谐运动时的E Ek k k k-t t和和和和E Ep p p p-t t及及及及E E-t t图象图象图象图象tE0 0机械能机械能势能势能动能动能ABO三、三、简谐运动中的各个物理量变化规律简谐运动中的各个物理量变化规律O OA A A AA AO O O O O OB B B B x x v v F F、a a动能动能动能动能势能势能势能势能总机总机总机总机械能械能

10、械能械能向左向左向左向左减小减小减小减小向右增大向右增大向右增大向右增大向右向右向右向右减小减小减小减小动能增大动能增大动能增大动能增大势能减小势能减小势能减小势能减小B B向右向右向右向右增大增大增大增大向右减小向右减小向右减小向右减小向左向左向左向左增大增大增大增大动能减小动能减小动能减小动能减小势能增大势能增大势能增大势能增大不变不变不变不变向左最大向左最大向左最大向左最大向右最大向右最大向右最大向右最大 0 0 0 0向右最大向右最大向右最大向右最大 0 0 0 0向右最大向右最大向右最大向右最大向左最大向左最大向左最大向左最大动能最大动能最大动能最大动能最大势能为势能为势能为势能为0

11、 0 0 0动能为动能为动能为动能为0 0 0 0势能最大势能最大势能最大势能最大动能为动能为动能为动能为0 0 0 0势能最大势能最大势能最大势能最大O O O OB B B BA A A AF F F FF F F F判断物体是否做简谐运动的方法：判断物体是否做简谐运动的方法：(1)运动学法：振动图像运动学法：振动图像;(2)动力学法：动力学法：F=-kx.思考题：思考题：竖直方向振动的弹簧振子所做的振竖直方向振动的弹簧振子所做的振动是简谐运动吗动是简谐运动吗?证明证明:竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动证明步骤：证明步骤：1.找平衡位置找平衡位置0;2.找回复力找回

12、复力F;3.找找F、x大小关系大小关系;4.找找F、x方向关系方向关系.规定向下为正方向规定向下为正方向规定向下为正方向规定向下为正方向平衡位置平衡位置平衡位置平衡位置:C C点弹力点弹力点弹力点弹力:振子受的回复力：振子受的回复力：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？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。一、简谐运动的回复力一、简谐运动的回复力F=-kx1.回复力回复力:振动物体受到的总是指向平衡位置的力振动物体受到的总是指

13、向平衡位置的力.是物体在振动方向上的合外力是物体在振动方向上的合外力.二二.简谐运动的能量简谐运动的能量 简谐运动中动能和势能在发生相互转化，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，即但机械能的总量保持不变，即机械能守恒机械能守恒.2.简谐运动简谐运动动力学特点：动力学特点：运动学特点：运动学特点：例例:如图是质点做简谐振动的图像如图是质点做简谐振动的图像,由此可知由此可知:At=0时，质点的位移、速度均为零时，质点的位移、速度均为零Bt=1s时，质点的位移为正向最大，速度为时，质点的位移为正向最大，速度为零，加速度为负向最大零，加速度为负向最大Ct=2s时，质点的位移为零

14、，速度为负向最时，质点的位移为零，速度为负向最大值，加速度为零大值，加速度为零D质点的振幅为质点的振幅为5cm，周期为周期为2sBC练练1:作简谐运动的物体，当它每作简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，一定相同次经过同一位置时，一定相同的物理量是（的物理量是（）A.速度速度 B.位位移移 C.回复力回复力 D.加速度加速度BCD练练2:弹簧振子作简谐运动时，以下说法弹簧振子作简谐运动时，以下说法正确的是正确的是 ()A振子通过平衡位置时，回复力一定为振子通过平衡位置时，回复力一定为零零B振子做减速运动，加速度却在增大振子做减速运动，加速度却在增大C振子向平衡位置运动时振子向平衡位置运动时,

15、加速度方向加速度方向与速度方向相反与速度方向相反D振子远离平衡位置运动时振子远离平衡位置运动时,加速度方加速度方向与速度方向相反向与速度方向相反ABD练练3:如图所示如图所示,是一弹簧振子是一弹簧振子,设向右设向右方向为正方向为正,0为平衡位置，则为平衡位置，则 ()AA0位移为负值，速度为正值位移为负值，速度为正值B0B时时,位移为正值位移为正值,加速度为负值加速度为负值CB0时时,位移为负值位移为负值,速度为负值速度为负值D0A时时,位移为负值位移为负值,加速度为正值加速度为正值ABD练练4:一个弹簧振子在光滑的水平面上做一个弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动简谐运动,其中有两个时刻弹簧振子的弹其中有两个时刻弹簧振子的弹力大小相等力大小相等,但方向相反但方向相反,则这两个时刻振则这两个时刻振子的子的 ()A.速度一定大小相等速度一定大小相等,方向相反方向相反B.加速度一定大小相等加速度一定大小相等,方向相反方向相反C.位移一定大小相等位移一定大小相等,但方向不一定相反但方向不一定相反D.以上三项都不一定大小相等方向相反以上三项都不一定大小相等方向相反 B