探究物體做簡諧運動的原因-完整版獲獎?wù)n件

1、1.2 探究物體做簡諧運動的原因1.掌握簡諧運動的動力學特征，明確回復力的概念。2.知道簡諧運動是一種沒有能量損耗的理想情況。3.理解簡諧運動在一次全振動過程中，位移、回復力、加速度、速度、動能、勢能的變化情況。 學習目標定位知識儲備區(qū)知識鏈接1.伸長(或縮短) 正比 kx2.彈力 勢能知識儲備區(qū)3.平衡 拉回4.正比 指向5.機械能 動能 勢能新知呈現(xiàn)學習探究區(qū)一、回復力使物體做簡諧運動二、研究簡諧運動的能量三、簡諧運動中各物理量的變化規(guī)律四、判斷一個振動為簡諧運動的方法一、回復力使物體做簡諧運動問題設(shè)計如圖1所示為彈簧振子的模型，請分析并回答下列問題：圖11.請分別討論振子在平衡位置右側(cè)和

2、左側(cè)時，所受的彈力F的方向是怎樣的？位移x的方向是怎樣的？F與x的方向有什么關(guān)系？答案當振子在平衡位置右側(cè)時，彈力F的方向向左，位移x的方向向右，F(xiàn)與x的方向相反；當振子在平衡位置左側(cè)時，彈力F的方向向右，位移x的方向向左，F(xiàn)與x的方向相反。2.由胡克定律知，彈簧的彈力F的大小與位移x的大小之間有怎樣的關(guān)系？答案由胡克定律知，彈力F的大小與位移x的大小的關(guān)系為Fkx。3.振子在運動過程中，彈力F與位移x之間存在著什么樣的關(guān)系？答案彈力F與位移x的關(guān)系為Fkx。要點提煉1.回復力(1)回復力是根據(jù)力的作用效果命名的，它可以是彈力，也可以是其他力(包括摩擦力)，或幾個力的合力，或某個力的分力。(2

3、)回復力的方向總是 ，回復力為零的位置就是 。指向平衡位置平衡位置2.簡諧運動的動力學特征：回復力F 。(1)k是比例系數(shù)，并非彈簧的勁度系數(shù)(水平彈簧振子做簡諧運動時k為勁度系數(shù))。其值由振動系統(tǒng)決定，與振幅無關(guān)。(2)“”號表示回復力的方向與位移的方向 。kx相反做簡諧運動的物體，在運動的過程中，加速度是如何變化的？答案加速度a ，故加速度隨位移的變化而變化(簡諧運動是一種變速的往復運動)。延伸思考例1如圖2所示，彈簧振子在光滑水平桿上的A、B之間做往復運動，下列說法正確的是()A.彈簧振子運動過程中受重力、支持力和彈簧彈力的作用B.彈簧振子運動過程中受重力、支持力、彈簧彈力和回復 力作用

4、C.振子由A向O運動過程中，回復力逐漸增大D.振子由O向B運動過程中，回復力的方向指向平衡位置圖2解析回復力是根據(jù)效果命名的力，不是做簡諧運動的物體受到的具體的力，它是由物體受到的具體的力所提供的，在此情景中彈簧的彈力充當回復力。故A正確，B錯誤；回復力與位移的大小成正比，由A向O運動過程中位移的大小在減小，故此過程中回復力逐漸減小，C錯誤；回復力總是指向平衡位置，故D正確。答案AD問題設(shè)計二、研究簡諧運動的能量如圖3所示為水平彈簧振子，振子在A、B之間做往復運動，在一個周期內(nèi)振子的能量是如何變化的？請完成下表：圖3過程彈力做功(正、負)能量轉(zhuǎn)化說明AO正功彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能不考慮阻力，彈簧振

5、子振動過程中只有彈力做功，在任意時刻的 和 之和不變，即OB 功 轉(zhuǎn)化為BO 功 轉(zhuǎn)化為OA 功 轉(zhuǎn)化為負正負動能彈性勢能彈性勢能動能動能彈性勢能動能勢能機械能守恒 要點提煉1.彈簧振子在振動的一個周期內(nèi)，動能和勢能完成兩次周期性的變化，經(jīng)過平衡位置時， 最大， 最小，經(jīng)過最大位移處時， 最大， 最小。2.彈簧振子振動過程中只有彈力做功，在任意時刻的動能和勢能之和 ，即 守恒，所以 保持不變。3.簡諧運動忽略阻力造成的損耗，即沒有 損失，因此簡諧運動是一種理想化的振動狀態(tài)。動能勢能勢能動能不變機械能振幅能量例2如圖4所示，一彈簧振子在A、B間做簡諧運動，平衡位置為O，已知振子的質(zhì)量為M。(1)

6、簡諧運動的能量取決于 ，振子振動時 能和 能相互轉(zhuǎn)化，總 守恒。圖4解析簡諧運動的能量取決于振幅，振子振動時動能和彈性勢能相互轉(zhuǎn)化，總機械能守恒。振幅動彈性勢機械能(2)在振子振動過程中，下列說法正確的是()A.振子在平衡位置，動能最大，勢能最小B.振子在最大位移處，勢能最大，動能最小C.振子在向平衡位置運動時，由于振子振幅減小，故總機械能減小D.在任意時刻，動能與勢能之和保持不變解析振子在平衡位置兩側(cè)做往復運動，在最大位移處速度為零，動能為零，此時彈簧的形變最大，勢能最大，所以B正確；在任意時刻只有彈簧的彈力做功，所以機械能守恒，D正確；回到平衡位置處速度達到最大，動能最大，勢能最小，所以A

7、正確；振幅的大小與振子的位置無關(guān)，所以選項C錯誤。答案ABD(3)若振子運動到B處時將一質(zhì)量為m的物體放到M的上面，且m和M無相對滑動而一起運動，下列說法正確的是()A.振幅不變 B.振幅減小C.最大動能不變 D.最大動能減小解析振子運動到B點時速度恰為零，此時放上質(zhì)量為m的物體，系統(tǒng)的總能量即為此時彈簧儲存的彈性勢能，由于簡諧運動中機械能守恒，所以振幅保持不變，因此選項A正確，B錯誤；由于機械能守恒，最大動能不變，所以選項C正確，D錯誤。AC問題設(shè)計三、簡諧運動中各物理量的變化規(guī)律如圖5所示，水平彈簧振子在A、B之間做往復運動，請分析振子的運動情況并完成下表。圖5振子的運動位移加速度(回復力

8、)速度動能勢能OB增大，方向 ，方向 ，方向向右減小B最大0最大BO ，方向 ，方向 ，方向O向右增大向左減小增大最大0減小向右減小向左增大向左增大減小000最大最大OA ，方向 ，方向 ，方向向左AAO ，方向 ，方向 ，方向減小增大向左增大向右減小減小增大最大最大最大00減小向左減小向右增大向右增大 要點提煉1.簡諧運動中，位移、 、 三者的變化周期相同，變化趨勢相同，均與 的變化趨勢相反，是位移、回復力和加速度方向變化的轉(zhuǎn)折點。2. 處是速度方向變化的轉(zhuǎn)折點。3.在一個周期內(nèi)，動能和勢能完成兩次周期性的變化?；貜土铀俣人俣绕胶馕恢米畲笪灰评?把一個小球套在光滑細桿上，球與輕彈簧相連組成

9、彈簧振子，小球沿桿在水平方向做簡諧運動，它圍繞平衡位置O在A、B間振動，如圖6所示，下列結(jié)論正確的是()A.小球在O位置時，動能最大，加速度最小B.小球在A、B位置時，動能最大，加速度最大C.小球從A經(jīng)O到B的過程中，回復力一直做正功D.小球從B到O的過程中，振動的能量不斷增加圖6解析小球在平衡位置時動能最大，加速度為零，因此A選項正確。小球靠近平衡位置時，回復力做正功；遠離平衡位置時，回復力做負功。振動過程中總能量不變，因此B、C、D選項不正確。答案A四、判斷一個振動為簡諧運動的方法例4如圖7所示，在勁度系數(shù)為k，原長為l0的一端固定的彈簧下端掛一質(zhì)量為m的小物塊，釋放后小物塊做上下振動，此

10、時彈簧沒有超出彈性限度。證明：小物塊的振動是簡諧運動。圖7解析如圖所示，物塊在平衡位置O時，彈簧形變量為x0，且mgkx0，物塊向下運動x時，物塊所受重力與彈簧彈力的合力提供物塊所需的回復力。設(shè)向下為正方向，F(xiàn)mgk(xx0)kx可見物塊所受回復力的大小與位移的大小成正比，方向與位移方向相反，指向平衡位置，因此小物塊的振動是簡諧運動。答案見解析課堂要點小結(jié)探究物體做簡諧運動的原因回復力：Fkx與位移大小成正比與位移方向相反能量機械能動能勢能機械能守恒忽略摩擦損耗理想模型簡諧運動中各物理量的變化規(guī)律課堂要點小結(jié)探究物體做簡諧運動的原因物體振動是否為簡諧運動的證明方法動力學角度：Fkx運動學角度：

11、a位移隨時間的變化：xAsin (t) 或xAcos (t)自我檢測區(qū)123412341.關(guān)于簡諧運動的回復力，下列說法正確的是()A.可以是恒力B.可以是方向不變而大小變化的力C.可以是方向變化而大小不變的力D.一定是變力D12342.如圖8所示，彈簧振子B上放一個物塊A，在A與B一起做簡諧運動的過程中，下列關(guān)于A受力的說法中正確的是()A.物塊A受重力、支持力及彈簧對它的恒定的彈力B.物塊A受重力、支持力及彈簧對它的大小和方向都隨時間 變化的彈力C.物塊A受重力、支持力及B對它的恒定的摩擦力D.物塊A受重力、支持力及B對它的大小和方向都隨時間變 化的摩擦力圖81234解析物塊A受到重力、支

12、持力和摩擦力的作用。摩擦力提供A做簡諧運動所需的回復力，其大小和方向都隨時間變化，D選項正確。答案D12343.關(guān)于做簡諧運動的物體的說法正確的是()A.加速度方向與位移方向有時相同，有時相反B.速度方向與加速度方向有時相同，有時相反C.速度方向與位移方向有時相同，有時相反D.加速度方向總是與位移方向相反1234解析回復力的方向與位移的方向始終相反，而加速度的方向與回復力的方向始終一致，選項A錯誤，D正確；當離開平衡位置時，速度與位移的方向相同，當向平衡位置運動時，速度與位移的方向相反，故選項B、C正確。答案BCD12344.關(guān)于質(zhì)點做簡諧運動，下列說法中正確的是()A.在某一時刻，它的速度與回復力的方向相同，與位移的 方向相反B.在某一時刻，它的速度、位移和加速度的方向都相同C.在某一段時間內(nèi)，它的回復力的大小增大，動能也增大D.在某一段時間內(nèi)，它的勢能減小，加速度的大小也減小1234解析如圖所示，設(shè)O為質(zhì)點做簡諧運動的平衡位置，它由C經(jīng)過O到B，又由B經(jīng)過O到C的一個周