高中物理 第十一章 机械振动 第3课时 简谐运动的回复力和能量学案 新人教版选修3-4-新人教版高二选修3-4物理学案VIP免费

第3课时简谐运动的回复力和能量[研究选考·把握考情]知识内容简谐运动的回复力和能量考试要求加试b教学要求1.知道弹簧振子中小球的受力特点2.知道简谐运动的回复力及其表达式3.知道简谐运动是一种理想化的振动4.会定性分析位移、速度、加速度、回复力、动能、势能及机械能的变化情况。说明1.不要求定量讨论速度和加速度的变化2.不要求根据简谐运动回复力的表达式证明物体做简谐运动知识点一简谐运动的回复力[基础梳理]1.简谐运动的动力学定义：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，质点的运动就是简谐运动。2.回复力：由于力的方向总是指向平衡位置，它的作用总是要把物体拉回到平衡位置，所以通常把这个力称为回复力。3.简谐运动的回复力与位移的关系：F＝－kx，式中k是比例系数。[要点精讲]1.对回复力的理解(1)回复力是指将振动物体拉回到平衡位置的力，它可以是物体所受的合外力，也可以是一个力或某一个力的分力，而不是一种新的性质力。(2)简谐运动的回复力：F＝－kx。①k是比例系数，并非弹簧的劲度系数(水平弹簧振子中k为弹簧的劲度系数)，其值由振动系统决定，与振幅无关。②“—”号表示回复力的方向与偏离平衡位置的位移的方向相反。③x是指物体对平衡位置的位移，不一定是弹簧的伸长量或压缩量。④回复力的作用总是把物体拉向平衡位置。2.简谐运动的加速度据牛顿第二定律，a＝＝－x，表明简谐运动的加速度大小也与位移大小成正比，加速度方向与位移方向相反。【例1】如图1所示，弹簧振子在光滑水平杆上的A、B之间做往复运动，下列说法正确的是()图1A.弹簧振子运动过程中受重力、支持力和弹簧弹力的作用B.弹簧振子运动过程中受重力、支持力、弹簧弹力和回复力的作用C.振子由A向O运动过程中，回复力逐渐增大D.振子由O向B运动过程中，回复力的方向指向平衡位置解析回复力是根据效果命名的力，不是做简谐运动的物体受到的具体的力，它是由物体受到的具体的力所提供的，在此情景中弹簧的弹力充当回复力，故A正确，B错误；回复力与位移的大小成正比，由A向O运动过程中位移的大小在减小，故此过程回复力逐渐减小，C错误；回复力总是指向平衡位置，故D正确。答案AD知识点二简谐运动的能量[基础梳理]1.如果摩擦力等阻力造成的损耗可以忽略，在弹簧振子运动的任意位置，系统的动能与势能之和都是一定的。2.简谐运动是一种理想化的模型。3.简谐运动的机械能由振幅决定对同一振动系统来说，振幅越大，振动的能量越大。如果没有能量损耗，振幅保持不变，它将永不停息地振动下去，因此简谐运动又称等幅振动。[即学即练]如图2所示，一弹簧振子在A、B间做简谐运动，平衡位置为O，已知振子的质量为M。图2(1)简谐运动的能量取决于________，物体振动时动能和________能相互转化，总机械能________。(2)振子在振动过程中，下列说法中正确是()A.振子在平衡位置，动能最大，势能最小B.振子在最大位移处，势能最大，动能最小C.振子在向平衡位置运动时，由于振子振幅减小，故总机械能减小D.在任意时刻，动能与势能之和保持不变(3)若振子运动到B处时将一质量为m的物体放到M的上面，m与M无相对滑动而一起运动，下列说法正确的是()A.振幅不变B.振幅减小C.最大动能不变D.最大动能减小解析(1)简谐运动的能量取决于振幅，物体振动时动能和弹性势能相互转化，总机械能守恒。(2)振子在平衡位置两侧往复运动，在最大位移处速度为零，动能为零，此时弹簧的形变最大，势能最大，所以B正确；在任意时刻只有弹簧的弹力做功，所以机械能守恒，D正确；到平衡位置处速度达到最大，动能最大，势能最小，所以A正确；振幅的大小与振子的位置无关，所以C错误。(3)振子运动到B点时速度恰为零，此时放上m，系统的总能量即为此时弹簧储存的弹性势能，由于简谐运动中机械能守恒，所以振幅保持不变，因此选项A正确，B错误；由于机械能守恒，最大动能不变，所以选项C正确，D错误。答案(1)振幅弹性势守恒(2)ABD(3)AC知识点三简谐运动中各物理量的变化情况[要点精讲]如图3所示的弹簧振子图3位置AA→OOO→BB位移的大小最大0最大速度的大小0最大0动能0最大0势能最大最小...