高中物理 第1章 机械振动 2 探究物体做简谐运动的原因学案 沪科版选修3-4-沪科版高二选修3-4物理学案VIP免费

探究物体做简谐运动的原因1.掌握简谐运动的动力学特征，明确回复力的概念．(重点)2.知道简谐运动是一种没有能量损耗的理想情况．3．理解简谐运动过程中位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况．(重点、难点)一、回复力使物体做简谐运动1．简谐运动：当物体受到跟位移的大小成正比，方向始终指向平衡位置的合力的作用时，物体的运动就是简谐运动．2．简谐运动的回复力(1)振动物体偏离平衡位置后，所受到的使它回到平衡位置的力叫做回复力．(2)简谐运动中回复力与振子位移之间的关系为F＝－kx，加速度与振子位移之间的关系为a＝．二、研究简谐运动的能量1．弹簧振子在运动中，不考虑摩擦等阻力造成的损耗，系统的动能和势能相互转化，但是振动系统的动能和势能之和保持不变，即系统的机械能守恒．2．振动系统的机械能跟振幅有关，振幅越大，机械能就越大．对回复力的理解1．回复力是指将振动的物体拉回到平衡位置的力，是按照力的作用效果来命名的，分析物体的受力时，不分析回复力．2．回复力可以由某一个力提供(如弹力、摩擦力等)，也可能是几个力的合力，还可能是某一力的分力，归纳起来回复力一定等于物体在振动方向上所受的合力．3．简谐运动的回复力：F＝－kx.(1)由F＝－kx知，简谐运动的回复力大小与振子的位移大小成正比，回复力的方向与位移的方向相反，即回复力的方向总是指向平衡位置．(2)公式F＝－kx中的k指的是回复力与位移间的比例系数，而不一定是弹簧的劲度系数，系数k由振动系统自身决定．(3)据牛顿第二定律，a＝＝－x，表明弹簧振子做简谐振动时振子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，所以简谐运动是一种变加速直线运动．如图所示，质量为m1的物体A放置在质量为m2的物体B上，B与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐运动，振动过程中A、B之间无相对运动，设弹簧劲度系数为k，当物体离开平衡位置的位移为x时，A受到的回复力的大小等于()A．0B．kxC．kxD．kx[解题探究](1)对物体A受力分析，并指出哪个力使物体A做往复运动，充当回复力．(2)对A、B整体分析，哪个力充当回复力？[解析]A、B相对静止，一起在弹簧作用下做简谐运动，当位移是x时，其回复力为kx，但kx并不是A物体的回复力，也不是B物体的回复力，是系统的．A物体随B一起做简谐运动的回复力就是B对A的摩擦力，从这里可以看出，静摩擦力也可以提供回复力．A物体的加速度就是B物体的加速度，也是整体的加速度．当物体离开平衡位置的位移为x时，回复力(即弹簧弹力)的大小为kx，以整体为研究对象，此时m1与m2具有相同的加速度，根据牛顿第二定律kx＝(m1＋m2)a，得a＝.以A为研究对象，使其产生加速度的力即为B对A的静摩擦力F，由牛顿第二定律可得F＝m1a＝kx.[答案]D(1)回复力是效果力，是由物体受到的其他力来充当的，千万不要认为回复力是物体受到的一种新力．(2)简谐运动中回复力不一定是物体受到的合外力．例如弹簧振子受到的回复力是合外力，单摆(后面学习)则不是．1.(多选)物体做简谐运动时，下列叙述中正确的是()A．平衡位置就是回复力为零的位置B．处于平衡位置的物体，一定处于平衡状态C．物体到达平衡位置，合力一定为零D．回复力的方向总是指向平衡位置解析：选AD.由回复力及平衡位置的定义可知，平衡位置时回复力为零，选项A、D正确；物体停在平衡位置时处于平衡状态，物体振动至平衡位置时不一定处于平衡状态，合力不一定为零，选项B、C错误．简谐运动中各物理量的变化规律1．当物体做简谐运动时，它偏离平衡位置的位移x、回复力F及加速度a、速度v、动能Ek、势能Ep、振动能量E遵循一定的变化规律，可列表如下：物理量过程xFavEkEpE远离平衡位置运动增大增大增大减小减小增大不变最大位移处最大最大最大零零最大不变靠近平衡位置运动减小减小减小增大增大减小不变平衡位置零零零最大最大最小不变2.两个转折点(1)平衡位置是位移方向、回复力方向和加速度方向变化的转折点；(2)最大位移处是速度方向变化的转折点．3．一个守恒简谐运动过程中动能和势能之间相互转化，但总的能量守恒．弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动，在振子向着平衡位置运动的过程中()A．...