第11章 3 简谐运动的回复力和能量（word版含答案）

3　简谐运动的回复力和能量 [学科素养与目标要求]　 物理观念：1.知道回复力的概念.2.知道振幅越大，振动的能量越大． 科学思维：1.会根据简谐运动的回复力特点，判断及分析常见的简谐运动.2.理解简谐运动的动力学特征． 科学探究：通过探究，理解简谐运动中位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况． 一、简谐运动的回复力 1．简谐运动 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 (1)定义：使振动物体回到平衡位置的力． (2)方向：总是指向平衡位置． (3)表达式：F＝－kx. 二、简谐运动的能量 1．能量转化 弹簧振子运动的过程就是动能和势能互相转化的过程． (1)在最大位移处，势能最大，动能为零． (2)在平衡位置处，动能最大，势能最小． 2．能量特点 在简谐运动中，振动系统的机械能守恒，而在实际运动中都有一定的能量损耗，因此简谐运动是一种理想化的模型． 1．判断下列说法的正误． (1)回复力的方向总是与位移的方向相反．(　√　) (2)回复力的方向总是与加速度的方向相反．(　×　) (3)水平弹簧振子运动到平衡位置时，回复力为零，因此能量一定为零．(　×　) (4)回复力的大小与速度大小无关，速度增大时，回复力可能增大，也可能减小．(　×　) 2．如图1所示的弹簧振子，O为平衡位置，B、C为最大位移位置，以向右的方向为正方向，则振子从B运动到O的过程中，位移方向为_____，大小逐渐_____；回复力方向为_____，大小逐渐_____；振子速度方向为_____，大小逐渐_____；动能逐渐_____；势能逐渐_____．(选填“正”“负”“增大”或“减小”) 图1 答案　正　减小　负　减小　负　增大　增大　减小 一、简谐运动的回复力 如图所示为一个水平方向的弹簧振子模型(水平杆光滑)，O点为振子的平衡位置，A、O间和B、O间距离都是x. (1)振子在O点时受到几个力的作用？分别是什么力？ (2)振子在A、B点时受到哪些力的作用？ (3)除重力、支持力、弹簧弹力外，振子在O、A、B点还受到回复力的作用吗？回复力有什么特点？ 答案　(1)两个力．重力、支持力． (2)A点：重力、支持力、弹簧向右的弹力；B点：重力、支持力、弹簧向左的弹力． (3)不受．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，不是一种新型的力，所以分析物体的受力时，不分析回复力． 回复力可以由某一个力提供(如弹力)，也可能是几个力的合力，还可能是某一个力的分力，归纳起来，回复力一定等于物体沿振动方向所受的合力． 1．回复力 (1)回复力的方向总是指向平衡位置，回复力为零的位置就是平衡位置． (2)回复力的性质 回复力是根据力的效果命名的，可能由合力、某个力或某个力的分力提供．它一定等于振动物体在振动方向上所受的合力，分析物体受力时不能再加上回复力．例如：如图2甲所示，水平方向的弹簧振子，弹力充当回复力；如图乙所示，竖直方向的弹簧振子，弹力和重力的合力充当回复力；如图丙所示，m随M一起振动，m的回复力由静摩擦力提供． 图2 2．回复力公式：F＝－kx. (1)k是比例系数，其值由振动系统决定，与振幅无关．只有水平弹簧振子，回复力仅由弹力提供，k为劲度系数． (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． 3．简谐运动的加速度 由F＝－kx及牛顿第二定律F＝ma可知：a＝－x，加速度a与位移x的大小成正比，方向与位移方向相反． 4．物体做简谐运动的判断方法 (1)简谐运动的回复力满足F＝－kx； (2)简谐运动的振动图象是正弦曲线． 例1　(多选)如图3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3 A．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 ... ...