高中物理人教版選修3-4章節(jié)課件：11.3簡諧運動的回復(fù)力和能量.ppt

1、知識與技能 1掌握物體做簡諧運動時回復(fù)力的特點，據(jù)此可判斷物體是否做簡諧運動。 2理解回復(fù)力的含義。 3知道簡諧運動中的能量相互轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化的過程中機械能是守恒的,過程與方法 1通過對簡諧運動中位移、回復(fù)力、加速度、速度等物理量間變化規(guī)律的綜合分析，知道各物理量之間的關(guān)系。 2通過對彈簧振子所做簡諧運動的分析，得到有關(guān)簡諧運動的規(guī)律,情感、態(tài)度與價值觀 通過對簡諧運動的分析，使學(xué)生知道從個別到一般的思維方法，學(xué)會用聯(lián)系的觀點來分析問題,1.如果質(zhì)點所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成_，并且總是指向_，質(zhì)點的運動就是簡諧運動。 2回復(fù)力的特點：力的方向總是指向_，作用總是要把物體_平衡位置。 3

2、理論上可以證明，如果摩擦等阻力造成的損耗可以忽略，在彈簧振子運動的任意位置，系統(tǒng)的動能與勢能之和都是_，這與機械能守恒定律_,答案： 1正比平衡位置 2平衡位置拉回 3一定的相一致,知識點1簡諧運動的回復(fù)力 (1)簡諧運動的判斷 如果質(zhì)點所受的力與偏離平衡位置位移的大小成正比，并且方向總是指向平衡位置，質(zhì)點的運動就是簡諧運動。 (2)回復(fù)力：振動物體偏離平衡位置后，所受到的使它回到平衡位置的力叫做回復(fù)力,3)回復(fù)力是根據(jù)力的作用效果命名的，它可以是某個力、或幾個力的合力、或某個力的分力，物體沿直線振動時回復(fù)力就是合力，沿圓弧振動時回復(fù)力是合力在圓弧切線方向上的分力。 (4)回復(fù)力的方向總是指向

3、平衡位置，回復(fù)力為零的位置就是平衡位置(沿圓弧振動時，物體經(jīng)平衡位置時回復(fù)力為零，但合力不一定為零)。 (5)回復(fù)力公式：Fkx，即回復(fù)力大小跟位移大小成正比，方向跟位移方向相反,注意：負號表示回復(fù)力的方向是與位移方向相反。k為F與x的比例系數(shù)，對彈簧振子k為勁度系數(shù)。對水平方向振動的彈簧振子，回復(fù)力由彈簧的彈力提供；對豎直方向振動的彈簧振子，回復(fù)力由彈簧的彈力與重力兩力的合力提供。物體做簡諧運動到平衡位置時，回復(fù)力為0(但合力可能不為0)?；貜?fù)力大小隨時間按正弦曲線變化,圖1131,當(dāng)系統(tǒng)的位移為x時，A、B間的靜摩擦力為Ff，此時A、B具有共同加速度a，對系統(tǒng)有 kx(mAmB)a,思維點

4、悟】此題綜合考查了受力分析、胡克定律、牛頓定律和回復(fù)力等概念，其解題關(guān)鍵是合理選取研究對象，在不同的研究對象中回復(fù)力不同。此題最后要求把摩擦力Ff與位移x的關(guān)系用函數(shù)來表示，要將物理規(guī)律與數(shù)學(xué)有機結(jié)合,對應(yīng)練習(xí) 1一質(zhì)量為m的小球，通過一根輕質(zhì)彈簧懸掛在天花板上，如圖1132所示。 圖1132,1)小球在振動過程中的回復(fù)力實際上是_； (2)該小球的振動_(填“是”或“否”)為簡諧運動； (3)在振子向平衡位置運動的過程中() A振子所受的回復(fù)力逐漸增大 B振子的位移逐漸增大 C振子的速度逐漸減小 D振子的加速度逐漸減小,解析：(1)此振動過程的回復(fù)力實際上是彈簧的彈力與重力的合力。 (2)設(shè)

5、振子的平衡位置為O，向下方向為正方向，此時彈簧已經(jīng)有了一個伸長量h，設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k，由平衡條件得 khmg 當(dāng)振子向下偏離平衡位置的距離為x時，回復(fù)力即合外力為 F回mgk(xh,將代入式得：F回kx，可見小球所受合外力與它的位移的關(guān)系符合簡諧運動的受力特點，該振動系統(tǒng)的振動是簡諧運動。 (3)振子位移指由平衡位置指向振動物體所在位置的位移，因而向平衡位置運動時位移逐漸減小，B錯；而回復(fù)力與位移成正比，故回復(fù)力也減小，A錯；由牛頓第二定律aF/m得，加速度也減小，D對；物體向著平衡位置運動時，回復(fù)力與速度方向一致，故物體的速度逐漸增大，C錯。 答案：(1)彈簧的彈力與重力的合力(2)是(

6、3)D,知識點2簡諧運動的能量 (1)如果摩擦等阻力造成的損耗可以忽略，在彈簧振子運動的任意位置，系統(tǒng)的動能與勢能之和都是一定的，這與機械能守恒定律相一致。 (2)簡諧運動中的能量跟振幅有關(guān)，振幅越大，振動的能量越大。 (3)在振動的一個周期內(nèi)，動能和勢能間完成兩次周期性變化，經(jīng)過平衡位置時動能最大，勢能最?。唤?jīng)過最大位移處時，勢能最大，動能最小,1.簡諧運動的判定方法 (1)簡諧運動的位移時間圖象是正弦曲線或余弦曲線。 (2)簡諧運動物體所受的力滿足Fkx，即回復(fù)力F與位移x成正比且方向總相反。 用Fkx判定振動是否是簡諧運動的步驟： 對振動物體進行受力分析； 沿振動方向?qū)αM行合成與分解；

7、 找出回復(fù)力，判斷是否符合Fkx,例2】一質(zhì)量為m，側(cè)面積為S的正方形木塊放在水面上靜止(平衡)，如圖1133所示。現(xiàn)用力向下將其壓入水中一段深度后撤掉外力，木塊在水面上下振動，試判別木塊的振動是否為簡諧運動。 圖1133,答案】見解析 【解析】木塊為研究對象，設(shè)靜止時木塊浸入水中x深，當(dāng)木塊被壓入水中x后所受力如圖1134所示，則 圖1134,F回mgF浮 又F浮gS(xx) 由式和式，得F回mggS(xx)mggSxgSx。 因為mggSx，所以F回gSx。 即F回kx(kgS)。 所以木塊的振動為簡諧運動,2簡諧運動的對稱性 做簡諧運動的物體，運動過程中各物理量關(guān)于平衡位置對稱，以水平彈

8、簧振子為例，物體通過關(guān)于平衡位置對稱的兩點，加速度大小相等、速率相等、動能、勢能相等。對稱性還表現(xiàn)在過程量的相等上，如從某點到達最大位置和從最大位置再回到這一點所需要的時間相等。質(zhì)點從某點向平衡位置運動到達平衡位置的時間，和它從平衡位置再運動到這一點的對稱點所用的時間相等,例3】 如圖1135所示，彈簧下面掛一質(zhì)量為m的物體，物體在豎直方向上做振幅為A的簡諧運動，當(dāng)物體振動到最高點時，彈簧正好為原長。則物體在振動過程中() 圖1135,A物體在最低點時的彈力大小應(yīng)為2mg B彈簧的彈性勢能和物體的動能總和保持不變 C彈簧最大彈性勢能等于2mgA D物體的最大動能應(yīng)等于mgA 【答案】A、C 【解析】根據(jù)對稱性可知，在最低點的加速度大小等于最高點的加速度g，最低點時彈力大小為2mg，彈簧的彈性勢能、重力勢能及動能的總和不變；最大彈性勢能等于重力勢能的最大減少量2mgA；mgA大于最大動能,你會蕩秋千嗎？ 你喜歡蕩秋千嗎？也許你很喜歡卻蕩不好。要知道，會蕩秋千的人，不用別人幫助推，就能越擺越高，而不會蕩秋千的人則始終也擺不起來，知道這是什么原因嗎？ 請你仔細觀察一下蕩秋千高手的動作,他從高處擺下來的時候身子是