2.2简谐运动的回复力和能量（课件）高二物理（沪科版2020上海选择性必修第一册）(共39张PPT)

(课件网) 第二章 机械振动 2.2简谐运动的回复力和能量 1.理解回复力的概念，知道回复力在机械振动中的特征. 2.会用动力学的方法，分析简谐运动中位移、回复力、速度、 加速度的变化规律. 3.会用能量守恒的观点分析水平弹簧振子在振动过程中动能、 势能、总能量的变化规律. 【学习目标】 导入新课 如图所示为水平方向的弹簧振子模型. (1)当振子离开O点后，是什么力使其回到平衡位置？ 答案　弹簧的弹力使振子回到平衡位置. (2)使振子回到平衡位置的力与振子离开平衡位置的位移的大小及方向有何关系？ 答案　弹簧弹力与位移大小成正比，方向与位移方向相反. 一、简谐运动的回复力 1.回复力 (1)定义：使振动物体回到　　　　的力. (2)方向：总是指向　　　　. (3)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.例如：如图甲所示， 水平方向的弹簧振子，弹簧弹力充当回复力；如图乙所示，竖直方向的弹簧振子，弹簧弹力和重力的合力充当回复力； 平衡位置 平衡位置，回复力为零的位置就是平衡位置. 2.简谐运动 如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置　　的大小成　　，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动. 位移 正比 (1)简谐运动回复力公式：F＝－kx. 其中k是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数.其值由振动系统决定，与振幅无关. “－”号表示回复力的方向与偏离平衡位置的位移的方向相反. （2）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. （3）物体做简谐运动的判断方法 方法一，简谐运动的回复力满足F＝－kx； 方法二，简谐运动的振动图像是正弦曲线. 例1　如图所示，弹簧振子B上放一个物块A，在A与B一起做简谐运动的过程中，下列关于A受力的说法中正确的是 A.物块A受重力、支持力及B对它施加的大小和 　方向都随时间变化的摩擦力 B.物块A受重力、支持力及弹簧对它施加的大小和方向都随时间变化的弹力 C.物块A受重力、支持力及B对它施加的恒定的摩擦力 D.物块A受重力、支持力及弹簧对它施加的恒定的弹力 √ 解析　物块A受到重力、支持力和摩擦力的作用，重力和支持力二力平衡，摩擦力提供A做简谐运动所需的回复力，由F＝－kx知，摩擦力大小和方向都随时间变化，故A正确. 例2　如图所示，物体m系在两水平弹簧之间，弹簧劲度系数分别为k1和k2，且k1＝k，k2＝2k，两弹簧均处于自然伸长状态，今向右拉动m，然后释放，物体在B、C间振动(不计阻力)，O为平衡位置，则下列判断正确的是 A.m做简谐运动，OC＝OB B.m做简谐运动，OC≠OB C.回复力F＝－kx D.回复力F＝－2kx √ 解析　以O点为原点，水平向右为x轴正方向，物体在O点右方x处时所受合力：F＝－(k1x＋k2x)＝－3kx，因此物体做简谐运动，由对称性可知，OC＝OB＝A，故A正确. 二、简谐运动的能量 如图所示为水平弹簧振子，振子在A、B之间往复运动. 答案　振子的动能先增大后减小　弹簧的弹性势能先减小后增大　总机械能保持不变 (1)从A到B的运动过程中，振子的动能如何变化？弹簧弹性势能如何变化？振动系统的总机械能是否变化？ 答案　振子回到平衡位置的动能增大　振动系统的机械能增大　振动系统的机械能与弹簧的劲度系数和振幅有关 (2)如果使振子振动的振幅增大，振子回到平衡位置的动能是否增大？振动系统的机械能是否增大？振动系统的机械能的大小与什么因素有关？ 答案　实际的振动系统，能量逐渐减小　理想化的弹簧振动系统，能量不变 (3)实际的振动系统有空气阻力和摩擦阻力，能量是否损失？理想化的弹簧振动系统，忽略空气阻力和摩擦阻力，能 ... ...