【成才之路】高中物理 第十一章 机械振动 第三节 简谐运动的回复力和能量学案课件 新人教版选修3-4VIP免费

※掌握简谐运动中回复力的特点※对水平弹簧振子能定量的说明弹性势能与动能的转化•做圆周运动的物体总是围着中心转而不是沿直线飞出去，因为它受到了特殊力(向心力)的作用．•做简谐运动的物体总是以平衡位置为中心往复振动．•它的受力又有何“与众不同”之处呢？•1．在简谐运动中，物体所受的力是力，因此简谐运动是运动．•2．回复力是根据力的(选填“性质”或“效果”)命名的，可能由合力、或某个力的分力提供．•表达式：F＝.即回复力与物体的位移大小成，表明回复力与位移方向始终相反，k是一个常数，由振动系统决定．变加速变效果某一个力－kx正比负号•3．简谐运动的能量一般指振动系统的．振动的过程就是和互相转化的过程．振动系统的机械能跟有关，越大，机械能就越大，振动越强．一个确定的简谐运动是振动．机械能动能势能振幅振幅等幅•(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根据牛顿第二定律，a＝Fm＝－kmx，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．特别提醒：回复力F＝－kx和加速度a＝－kmx是简谐运动的动力学特征和运动学特征，常用两式来证明某个振动为简谐运动．•做简谐运动的物体所受的回复力与其位移之间应遵从F＝－kx关系．如果是一个水平弹簧振子，如何选定坐标原点和正方向才能简单地推出其所受回复力与位移的关系？试推之．•答案：将平衡位置定为坐标原点，弹簧伸长方向为正方向．如图，将振子沿x正方向拉离平衡位置x，则回复力大小：F＝kx.由图知F与x方向相反，有：F＝－kx，这就从动力学的角度证明了弹簧振子的振动为简谐运动.•(1)简谐运动是一个能量转化的过程，如果没有外界阻力存在，在动能与势能转化的过程中，机械能守恒．•(2)振动系统的机械能跟振幅有关，振幅越大，振动越强，振动的机械能越大；振幅越小，振动越弱，振动的机械能越小．•(3)对简谐运动能量的认识：•①决定因素：对于一个确定的振动系统，简谐运动的能量由振幅决定，振幅越大，系统的能量越大．•②能量获得：开始振动系统的能量是通过外力做功由其他形式的能转化成的．•③能量转化：当振动系统自由振动后，如果不考虑阻力作用，系统只发生动能和势能的相互转化，机械能守恒．•④理想化模型：a.从力的角度分析，简谐运动没考虑摩擦阻力．b.从能量转化角•特别提醒：•因为动能和势能是标量，所以：•(1)在振动的一个周期内，动能和势能间完成两次周期性变化，经过平衡位置时动能最大，势能最小；经过最大位移处时，势能最大，动能最小；•(2)振子运动经过平衡位置两侧的对称点时，具有相等的动能和相等的势能．•(2009·盐城高二检测)做简谐运动的物体每次通过平衡位置时，下列说法正确的是•()•A．位移为零，动能为零•B．动能最大，势能最小•C．速率最大，回复力不为零•D．以上说法均不对•答案：B•解析：物体经平衡位置时，位移为零，回复力为零，速度最大，动能最大，势能为零，所以B正确，A、C、D错误．•关于简谐运动的回复力，下列说法正确的是()•A．可以是恒力•B．可以是方向不变而大小变化的力•C．可以是大小不变而方向改变的力•D．一定是变力•解析：回复力特指使振动物体回到平衡位置的力，对简谐运动而言，其大小必与位移大小成正比．•答案：D•(2009·白鹭洲高二检测)关于简谐振动，以下说法中正确的是•()•A．回复力总指向平衡位置•B．加速度、速度方向永远一致•C．在平衡位置加速度、速度均达到最大值•D．在平衡位置速度达到最大值，而加速度为零•答案：AD解析：回复力是把物体拉回到...