高中物理人教版选修34章节课件11.3简谐运动的回复力和能量.ppt

知识与技能 1．掌握物体做简谐运动时回复力的特点，据此可判断物体是否做简谐运动。 2．理解回复力的含义。 3．知道简谐运动中的能量相互转化及转化的过程中机械能是守恒的。 过程与方法 1．通过对简谐运动中位移、回复力、加速度、速度等物理量间变化规律的综合分析，知道各物理量之间的关系。 2．通过对弹簧振子所做简谐运动的分析，得到有关简谐运动的规律。 情感、态度与价值观 通过对简谐运动的分析，使学生知道从个别到一般的思维方法，学会用联系的观点来分析问题。 1.如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成________，并且总是指向______________，质点的运动就是简谐运动。 2．回复力的特点：力的方向总是指向________，作用总是要把物体________平衡位置。 3．理论上可以证明，如果摩擦等阻力造成的损耗可以忽略，在弹簧振子运动的任意位置，系统的动能与势能之和都是________，这与机械能守恒定律________。 答案： 1．正比　平衡位置 2．平衡位置　拉回 3．一定的　相一致 知识点1 简谐运动的回复力 (1)简谐运动的判断 如果质点所受的力与偏离平衡位置位移的大小成正比，并且方向总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。 (2)回复力：振动物体偏离平衡位置后，所受到的使它回到平衡位置的力叫做回复力。 (3)回复力是根据力的作用效果命名的，它可以是某个力、或几个力的合力、或某个力的分力，物体沿直线振动时回复力就是合力，沿圆弧振动时回复力是合力在圆弧切线方向上的分力。 (4)回复力的方向总是指向平衡位置，回复力为零的位置就是平衡位置(沿圆弧振动时，物体经平衡位置时回复力为零，但合力不一定为零)。 (5)回复力公式：F＝－kx，即回复力大小跟位移大小成正比，方向跟位移方向相反。 注意：①负号表示回复力的方向是与位移方向相反。②k为F与x的比例系数，对弹簧振子k为劲度系数。③对水平方向振动的弹簧振子，回复力由弹簧的弹力提供；对竖直方向振动的弹簧振子，回复力由弹簧的弹力与重力两力的合力提供。④物体做简谐运动到平衡位置时，回复力为0(但合力可能不为0)。⑤回复力大小随时间按正弦曲线变化。 当系统的位移为x时，A、B间的静摩擦力为Ff，此时A、B具有共同加速度a′，对系统有 kx＝(mA＋mB)a′① 【思维点悟】此题综合考查了受力分析、胡克定律、牛顿定律和回复力等概念，其解题关键是合理选取研究对象，在不同的研究对象中回复力不同。此题最后要求把摩擦力Ff与位移x的关系用函数来表示，要将物理规律与数学有机结合。 对应练习 1．一质量为m的小球，通过一根轻质弹簧悬挂在天花板上，如图11－3－2所示。 图11－3－2 (1)小球在振动过程中的回复力实际上是________； (2)该小球的振动________(填“是”或“否”)为简谐运动； (3)在振子向平衡位置运动的过程中 (　　) A．振子所受的回复力逐渐增大 B．振子的位移逐渐增大 C．振子的速度逐渐减小 D．振子的加速度逐渐减小 解析：(1)此振动过程的回复力实际上是弹簧的弹力与重力的合力。 (2)设振子的平衡位置为O，向下方向为正方向，此时弹簧已经有了一个伸长量h，设弹簧的劲度系数为k，由平衡条件得 kh＝mg① 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 F回＝mg－k(x＋h)② 将①代入②式得：F回＝－kx，可见小球所受合外力与它的位移的关系符合简谐运动的受力特点，该振动系统的振动是简谐运动。 (3)振子位移指由平衡位置指向振动物体所在位置的位移，因而向平衡位置运动时位移逐渐减小，B错；而回复力与位移成正比，故回复力也减小，A错；由牛顿第二定律a＝F/m得，加速度也减小，D对；物体向着平衡位置运动时，回复力与速度方向一致，故物体的速度逐渐增大，C错。 答案：(1)弹簧的弹力与重力的合力　(2)是　(3)D 知识点2 简谐运动的能量 (1)如果摩擦等阻力造成的损耗可以忽略，在弹簧振子运动的任意位置，系统的动能与势能之和都是一定的，这与机械能守恒定律相一致。 (2)简谐运动中的能量跟振幅有关，振幅越大，振动的能量越大。 (3)在振动的一个周期内，动能和势能间完成两次周期性变化，经过平衡位置时动能最大，势能最小；经过最大位移处时，势能最大，动能最小。 1.简谐运动的判定方法 (1)简谐运动的位移—时间图象是正弦曲线或余弦曲线。 (2)简谐运动物体所受的力满足F＝－kx，即回复力F与位移x成正比且方向总相反。 用F＝－kx判定振动是否是简谐运动的步骤： ①对振动物体进行受力分析； ②沿振动方向对力进行合成与分解； ③找出回复力，判断是否符合F＝－kx。 【例2】一质量为m，侧面积为S的正方形木块放在水面上静止(平衡)，