2 简谐运动的力和能量特征学习过程(一).简谐运动的回复力 1
定义:使振子回到平衡位置的力 2
特点:按效果命名的力 3
来源:只能是某个力、某个力的分力或者某几个力的合力来充当 4
方向:始终指向平衡位置(注意:拍篮球不是简谐运动)(二).简谐运动的特点 1
动力学特点: 2
运动学特点: 3
各物理量的变化 AA 到 OOO 到 BB位移大小最大减小0增大最大速度大小0增大最大减小0回复力大小最大减小0增大最大加速度大小最大减小0增大最大动能0增大最大减小0势能最大减小0增大最大机械能不变不变不变不变不变① 位移、回复力、加速度、势能大小变化趋势相同 ②速度、动能大小变化趋势相同 ③动能与势能的和不变 若考虑矢量的方向则: ② 复力、加速度与位移的方向总相反 ②从位移最大回到平衡位置过程中,速度与加速度同向 ③从平衡位置到最大位移过程中,速度与加速度反向(三).简谐运动的能量 对弹簧振子而言,在振动过程中只有动能和弹簧的弹性势能之间的相互转化,如下式任意时刻弹簧振子振动的总能量: 可见,对弹簧振子机械能守恒,总能量不变,总等于弹簧伸长最长或压缩最短时弹簧的弹性势能
实际的运动都有能量损耗,简谐运动是忽略摩擦与介质阻力等的条件下成立的
因此简谐运动是一种理想化模型运动
(四).竖直方向的弹簧振子的回复力 弹簧下挂一个物块,O 的位置为合力为零的位置,弹簧拉力与物块重力相等,设弹簧伸长量为, 设物块运动到平衡位置下距 O 为的位置: 又因为合力方向与位移方向相反,所以在 O 点下方满足 设物块运动到平衡位置上距 O 为的位置: 又因为合力方向与位移方向相反,所以在 O 点上方满足 因此竖直方向的弹簧振子回复力大小与位移大小成正比,方向总与位移方向相反,因此做的也为简谐运动
实例分析 1、 弹簧振子做简谐运动,从某一位置开始计时(t=0),经过周期,振子具有正方向最大