新人教3-4选修11.3简谐运动的回复力和能量-【公开课教学课件】高中物理.pptx

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1、11.311.3 简谐运动的回复力简谐运动的回复力和能量和能量人教版人教版3-43-4第一章第三节第一章第三节观察弹簧振子的运动，从受力的角度，思考观察弹簧振子的运动，从受力的角度，思考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？想一想想一想AOB我们可以分析振子在几个特殊位置的受力和运动我们可以分析振子在几个特殊位置的受力和运动情况情况O OA AB BC CD DO OA AB BC CD DFO OA AB BC CD DFO OA AB BC CD DFO OA AB BC CD DF思考与讨论思考与讨论VVV 振子离开平衡位置时，由于弹簧对它有指向平衡位置振子离开平衡位置

2、时，由于弹簧对它有指向平衡位置的的力力而作加速或减速运动，回到平衡位置。而作加速或减速运动，回到平衡位置。振子到达平衡位置时，由于振子到达平衡位置时，由于惯性惯性继续运动，不会停止。继续运动，不会停止。振动形成原因：振动形成原因：1、回复力：、回复力：物体受到的方向总是指向物体受到的方向总是指向平衡位置，平衡位置，使物体回到平衡位置的力。使物体回到平衡位置的力。一、简谐运动的回复力一、简谐运动的回复力2、方向：、方向：始终指向平衡位置始终指向平衡位置3、大小：、大小：O OA AB BC CD DFk=kxO OA AB BC CD DFk=kxxx大小相等，方向不大小相等，方向不同，怎么表示

3、呢？同，怎么表示呢？如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。质点的运动就是简谐运动。F=kx回复力回复力位移位移比例系数比例系数与位移反向与位移反向回复力公式是判定简谐运动的依据之一回复力公式是判定简谐运动的依据之一例例1、在劲度系数为、在劲度系数为k，原长为，原长为X0的弹簧下端挂的弹簧下端挂一质量为一质量为m的小物块，释放后小物块做上下振的小物块，释放后小物块做上下振动，小物块的振动是简谐运动吗？动，小物块的振动是简谐运动吗？竖直弹簧振子是竖直弹簧振子是简谐运动吗

4、？简谐运动吗？如图所示，以向下为正方如图所示，以向下为正方向，在平衡位置向，在平衡位置o，弹簧的形变，弹簧的形变为为x0，由受力平衡：，由受力平衡：kx0=mg mgFKFKmg当振子向下偏离当振子向下偏离o的位移为的位移为x时，时，合外力为：合外力为：F回回=mg-k(x0+x)=mg-kx0-kx=-kx竖直弹簧振子也是简谐振动竖直弹簧振子也是简谐振动回复力的回复力的k k、x x和弹簧弹力的和弹簧弹力的k k、x x意义不同！意义不同！例例2 2、如图，物体质量、如图，物体质量m m，两弹簧劲度系数都，两弹簧劲度系数都为为k k，物体处于中点，物体处于中点O O时两弹簧均为自然长度，时两

5、弹簧均为自然长度，试证明物体做简谐运动。试证明物体做简谐运动。OOA当物体处于中点当物体处于中点O O时，两弹簧均时，两弹簧均无弹力，无弹力，O O为平衡位置为平衡位置F F回回=F=F1 1+F+F2 2=-kx+=-kx+（-kx-kx）=-2kx=-2kxFk=kxFk=kx令令k=2k,k=2k,则则F F回回=-kx=-kx所以物体的振动是简谐运动所以物体的振动是简谐运动x当向右位移为当向右位移为x x时时例例3 3、如图，一质量为、如图，一质量为m m，底面积为，底面积为S S的正方体木块的正方体木块静止在水面上，现向下将其压入水中一段深度静止在水面上，现向下将其压入水中一段深度(

6、没有没有全部没入水中全部没入水中)后撤去外力，木块在水平面上下振动后撤去外力，木块在水平面上下振动,木块的振动是否为简谐运动？木块的振动是否为简谐运动？温馨提示：温馨提示：F F浮浮=vg=vg 解解:以向下为正方向以向下为正方向,设静止时木块浸入水中设静止时木块浸入水中xx，F F浮浮=mg=vg=gsx=mg=vg=gsx水面水面当木块再被压入水中当木块再被压入水中x x后，后，F F回回=mg-F=mg-F浮浮=mg-gs(x+x)=mg-gs(x+x)=mg-gsxmg-gsx-gsx.-gsx.=-gsx=-gsx令令k=gs,k=gs,则则F F回回=-kx=-kx所以木块的振动是

7、简谐运动所以木块的振动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、证、证F=-kxF=-kx回复力是性质力还是效果力呢？回复力是性质力还是效果力呢？想一想想一想回复力是效果力，回复力是效果力，可以是单个力，也可可以是单个力，也可以是几个力的合力，或某个力的分力以是几个力的合力，或某个力的分力简谐运动的是简谐运动的是1、匀速还是变速？、匀速还是变速？2、是匀变速还是非匀变速、是匀变速还是非匀变速？加速度加速度 加速度随位移变化，简谐运动是一种加速度随位移变化，简谐运动是一种非匀变速运动非匀变速运动。简谐运动的性质简谐运动的性质？X Xv vF

8、F、a a动能动能势能势能A AA-OA-OO OO-BO-BB B负向最大负向最大负向减小负向减小正向最大正向最大正向最大正向最大0 0正向最大正向最大正向增大正向增大正向减小正向减小0 00 0正向增大正向增大正向减小正向减小负向增大负向增大0 0负向最大负向最大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 简谐运动中动能和势能在发生相互转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，即化，但机械能的总量保持不变，即机械机械能守恒能守恒。简谐运动的总能量与振幅有关，简谐运动的总能

9、量与振幅有关，振振幅越大，振动的能量越大。幅越大，振动的能量越大。例例4 4、如右图所示为一弹簧振子的振动图象、如右图所示为一弹簧振子的振动图象,由此可知由此可知()A.A.在在t t1 1时刻时刻,振子的动能最大振子的动能最大,所受的弹力最大所受的弹力最大B.B.在在t t2 2时刻时刻,振子的动能最大振子的动能最大,所受的弹力最小所受的弹力最小C.C.在在t t3 3时刻时刻,振子的势能最大振子的势能最大,所受的弹力最大所受的弹力最大D.D.在在t t4 4时刻时刻,振子的势能最大振子的势能最大,所受的弹力最小所受的弹力最小BC例例5 5、如图，光滑水平面上，质量相等的、如图，光滑水平面上

10、，质量相等的m m和和MM叠在叠在一起做简谐运动（无相对滑动），最大速度为一起做简谐运动（无相对滑动），最大速度为v v0 0，振幅为振幅为A A：（1 1）当振动到）当振动到最大位移最大位移把把m m迅速拿走，振子的（迅速拿走，振子的（）（2 2）当振动到）当振动到平衡位置平衡位置把把m m迅速拿走，振子的（迅速拿走，振子的（）A A、振幅减小，最大速度不变、振幅减小，最大速度不变B B、振幅减小，最大速度减小、振幅减小，最大速度减小C C、振幅不变，最大速度不变、振幅不变，最大速度不变D D、振幅不变，最大速度减小、振幅不变，最大速度减小DA 1.在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，下在

11、简谐运动中，振子每次经过同一位置时，下列各组中描述振动的物理量总是相同的是列各组中描述振动的物理量总是相同的是（）A速度、加速度、动能速度、加速度、动能 B加速度、回复力和位移加速度、回复力和位移 C加速度、动能和位移加速度、动能和位移 D位移、动能、回复力位移、动能、回复力BCDBCD课堂练习课堂练习 2.关于弹簧振子做简谐运动时的能量，下关于弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法正确的有列说法正确的有 （）ABCABCA等于在平衡位置时振子的动能等于在平衡位置时振子的动能 B等于在最大位移时弹簧的弹性势能等于在最大位移时弹簧的弹性势能 C等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和 D位移越大振动能量也越大位移越大振动能量也越大 若弹簧振子某时刻位移若弹簧振子某时刻位移想一想想一想试用表达式描述：该时刻弹簧振子的试用表达式描述：该时刻弹簧振子的1 1、势能多大？、势能多大？2 2、动能多大？、动能多大？3 3、总能多大？、总能多大？总能量：总能量：任意时刻势能任意时刻势能：任意时刻动能任意时刻动能：试画出物体在做简谐运动时的试画出物体在做简谐运动时的Ek-t和和Ep-t及及E-t图象：图象：t tE E0 0机械能势能动能A AB BO O