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课件网) 第二章 机械振动 学 习 目 标 1.能够根据弹簧振子的受力特点理解做简谐运动的物体都需要某些力提供回复力,知道回复力满足F=-kx这一规律,并能根据这一规律判断物体是否做简谐运动.会根据牛顿运动定律通过回复力特点分析弹簧振子在运动过程中加速度的变化,培养逻辑推理能力. 2.通过探究弹簧振子的能量特点,知道弹簧振子的能量与振幅有关,在运动过程中满足能量守恒.会分析振子在运动过程中动能和势能的变化,能从能量角度认识到简谐运动是一种理想化模型. 3 简谐运动的回复力和能量 知识点一 简谐运动的回复力 1.观察图甲、乙中的弹簧振子的简谐运动,分析下列问题. (1)使图甲、乙中弹簧振子离开平衡位置后再次回到平衡位置的力分别为 、 . 甲 乙 弹簧的弹力 重力和弹簧弹力的合力 (2)通过上述运动情景,猜想这种力的大小与什么因素有关 方向如何 答案:与物体离开平衡位置的距离有关. 方向与物体的位移方向相反,总是指向平衡位置. 2.做简谐运动的物体总是需要力来使其回到平衡位置,这个力称为 ,大小与它偏离平衡位置位移的大小成 ,方向总是指向 . 回复力 正比 平衡位置 3.简谐运动的动力学特征:如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成 ,并且总是指向 ,即物体所受的力具有F=-kx的形式,物体的运动就是简谐运动. 正比 平衡位置 知识点二 简谐运动的能量(理想化模型) 1.振动系统(弹簧振子)的能量:弹簧振子运动的过程就是 和 互相转化的过程.在最大位移处, .最大, 为0;在平衡位置处, 最大, 为0. 2.简谐运动的能量特点:在简谐运动中,振动系统的机械能 ,而实际运动都有一定的能量损耗,因此简谐运动是一种 的模型. 3.决定能量大小的因素:对于弹簧劲度系数和小球质量都一定的系统,机械能跟 有关, 越大,机械能越大. 动能 弹性势能 弹性势能 动能 动能 弹性势能 守恒 理想化 振幅 振幅 小试身手 判断下列说法的正误并和同学交流(正确的在括号内打“√”,错误的打“×”). 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0,因此系统的能量一定为0.( ) 4.速度增大时,回复力可能增大,也可能减小.( ) √ × × × 探究一 简谐运动的回复力 问题情境 右图为弹簧振子的模型,请分析并回答问题. 1.请分别讨论振动小球在平衡位置右侧和左侧时,所受的弹力F的方向是怎样的 位移x的方向是怎样的 F与x的方向有什么关系 答案:当振动小球在平衡位置右侧时,弹力F的方向向左,位移x的方向向右,F与x的方向相反;当振动小球在平衡位置左侧时,弹力F的方向向右,位移x的方向向左,F与x的方向相反. 答案:由胡克定律知,弹力F的大小与位移x的大小的关系为F=kx. 3.弹簧振子在运动过程中,回复力F与位移x之间存在着什么样的关系 答案:回复力F与位移x的关系为F=-kx. 2.由胡克定律知,弹簧的弹力F的大小与位移x的大小之间有怎样的关系 过程建构 1.简谐运动的回复力. 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.回复力大小F=-kx.k是比例系数,不一定是弹簧的劲度系数,由振动系统自身决定. 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. 【典例1】(多选)如图所示,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( ) A.振动小球在运动过程中受重力、支持力和弹簧弹力的作用 B.振动小球在运动过程中受重力、支持力、弹簧弹力和回复力的作用 C.振动小球由A向O运动过程中,回复力逐渐增大 D.振动小球由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 ... ...
