物理 第十一章 机械振动 11.3 简谐运动的回复力和能量 新人教版选修3-4 .ppt

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1、第第3节节：简简谐谐运运动动的的回回复复力力和和能能量量问题一：我们学过哪些运动及其受力如何？问题一：我们学过哪些运动及其受力如何？直线和曲线直线和曲线运动运动受力特点受力特点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曲线运动匀变速曲线运动匀速圆周运动匀速圆周运动F合合的方向与速度的方向与速度在一条直线上在一条直线上F合合的方向与速度的方向与速度方向有一夹角方向有一夹角F合合的方向与速度的方向与速度方向始终垂直方向始终垂直问题二：问题二：物体的运动跟它的受力有关，振动的受力物体的运动跟它的受力有关，振动的受力有何特点呢

2、？有何特点呢？F合合的方向与速度的方向与速度在一条直线上在一条直线上 观察弹簧振子的运动，弹簧振子为什么这样运观察弹簧振子的运动，弹簧振子为什么这样运动？动？想一想想一想OAB（请点击小球）（请点击小球）振子到达平衡位置时，由于惯性继续运动。振振子到达平衡位置时，由于惯性继续运动。振子离开平衡位置，由于弹簧对它有指向平衡位置子离开平衡位置，由于弹簧对它有指向平衡位置的力而作加速或减速运动。的力而作加速或减速运动。振动形成原因：振动形成原因：1.回复力：回复力：物体所受的力方向总是指向平衡位物体所受的力方向总是指向平衡位置，使物体回到平衡位置的力。置，使物体回到平衡位置的力。一、简谐运动的回复力

3、一、简谐运动的回复力怎样理解回复力这个概念？怎样理解回复力这个概念？（1）回复力是产生振动的必要条件。）回复力是产生振动的必要条件。（2）提供回复力的可以是某个力，也可以是）提供回复力的可以是某个力，也可以是某个力的分力，还可以是几个力的合力。某个力的分力，还可以是几个力的合力。F=k x 回复力回复力劲度系数劲度系数位移位移 2.振动的位移（振动的位移（x）：）：方向由平衡位置起背离平方向由平衡位置起背离平衡位置。回复力的方向与振子的位移方向始终相反。衡位置。回复力的方向与振子的位移方向始终相反。物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的

4、回复力作用下振动。并且总指向平衡位置的回复力作用下振动。3.简谐运动：简谐运动：F=kx回复力回复力位移位移比例系数比例系数（“”表示回复力与位移的方向相反）表示回复力与位移的方向相反）音叉的振动可以看成是简谐运动音叉的振动可以看成是简谐运动 在劲度系数为在劲度系数为k，原长为，原长为L0的固定于一点的弹簧的固定于一点的弹簧下端挂一质量为下端挂一质量为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，此时弹簧没有超出弹性限度，小木块的振动是动，此时弹簧没有超出弹性限度，小木块的振动是简谐运动吗？简谐运动吗？想一想想一想 如图所示，振子的平衡位置为如图所示，振子的平衡位置为o，向

5、下方向为正方向，此时弹簧的形，向下方向为正方向，此时弹簧的形变为变为x0，根据胡克定律及平衡条件有，根据胡克定律及平衡条件有 mg-kx0=0 当振子向下偏离平衡位置为当振子向下偏离平衡位置为x时，时，回复力（即合外力）为：回复力（即合外力）为：F=mg-k(x0+x)两式联立可以得两式联立可以得F=-kx，物体振动，物体振动时的回复力符合简谐运动的条件。时的回复力符合简谐运动的条件。即竖直方向的弹簧振子是简谐运即竖直方向的弹簧振子是简谐运动。动。x0o正正方方向向判断是否做简谐运动的依据判断是否做简谐运动的依据F=kx归纳归纳简谐运动的运动规律简谐运动的运动规律加速度加速度 加速度随位移的变

6、化而变化，所以简谐运动加速度随位移的变化而变化，所以简谐运动是一种非匀变速运动。是一种非匀变速运动。速度：速度：简谐运动是变加速运动，在平衡位置处速简谐运动是变加速运动，在平衡位置处速度最大，在最大位移处速度为零。速度的度最大，在最大位移处速度为零。速度的变化也具有周期性。变化也具有周期性。二、简谐运动中各个物理量变化规律二、简谐运动中各个物理量变化规律 做简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，做简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，一定相同的物理量是（一定相同的物理量是（）A.速度速度 B.位移位移 C.回复力回复力 D.加速度加速度BCD思考思考XvF、a动能动能势能势能AA-OOO-

7、BB向左最大向左最大向左减小向左减小向右最大向右最大向右最大向右最大0向右最大向右最大向右增大向右增大向右减小向右减小00向右增大向右增大向右减小向右减小向左增大向左增大0向左最大向左最大0增大增大最大最大减小减小0最大最大减小减小0增大增大最大最大OAB三、简谐运动的能量三、简谐运动的能量 简谐运动的能量与振幅有关，简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振幅越大，振动的能量越大。振动的能量越大。简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但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，即机械能的总量保持不变，即机械能守恒机械能守恒。简谐运动是一种理想化模型简谐运动是一种理想化模型 试画出

8、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：tE0机械能势能动能ABO1.回复力：回复力：方向总是指向平衡位置，使物体回到方向总是指向平衡位置，使物体回到平衡位置的力。平衡位置的力。2.振动的位移（振动的位移（x）：）：方向由平衡位置起背离平方向由平衡位置起背离平衡位置。衡位置。3.简谐运动：简谐运动：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力作用下振动。正比，并且总指向平衡位置的回复力作用下振动。4.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V a x Ek Ep 都随物体的振

9、动做周期性的变化都随物体的振动做周期性的变化5.简谐运动中机械能守恒简谐运动中机械能守恒课堂小结课堂小结1简谐运动属于下列哪一种运动简谐运动属于下列哪一种运动?()A匀加速运动匀加速运动 B匀减速运动匀减速运动 C匀速直线运动匀速直线运动 D非匀变速运动非匀变速运动D D课堂练习课堂练习2.做简谐运动的物体，当位移为负值时，以下说法做简谐运动的物体，当位移为负值时，以下说法正确的是正确的是（）B BA速度一定为正值，加速度一定为正值速度一定为正值，加速度一定为正值B速度不一定为正值，但加速度一定为正值速度不一定为正值，但加速度一定为正值C速度一定为负值，加速度一定为正值速度一定为负值，加速度一

10、定为正值D速度不一定为负值，加速度一定为负值速度不一定为负值，加速度一定为负值课堂练习课堂练习3当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法正确的（说法正确的（）C DC DA振子在振动过程中，速度相同时，弹簧的长度一振子在振动过程中，速度相同时，弹簧的长度一 定相等定相等B振子从最低点向平衡位置运动过程中，弹簧弹力振子从最低点向平衡位置运动过程中，弹簧弹力始终做负功始终做负功C振子在振动过程中的回复力由弹簧的弹力和振子振子在振动过程中的回复力由弹簧的弹力和振子的重力的合力提供的重力的合力提供D振子在振动过程中，系统的机械能一定守恒振子在振动过程中，系统的机械能一定守恒课堂练习课堂练习4如图是质点做简谐振动的图像，由此可知（如图是质点做简谐振动的图像，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，速度为零，加速时，质点的位移为正向最大，速度为零，加速度为负向最大度为负向最大Ct=2s时，质点的位移为零，速度为负向最大值，加时，质点的位移为零，速度为负向最大值，加速度为零速度为零D质点的振幅为质点的振幅为5cm，周期为，周期为2sB CB C课堂练习课堂练习谢谢观看