【学霸笔记：同步精讲】12 第二章 3．简谐运动的回复力和能量 讲义--高中人教版物理选择性必修第一册（江苏专版）

3．简谐运动的回复力和能量 [学习目标]　1．知道回复力的概念及简谐运动的能量。2．用动力学方法和能量转化思想分析弹簧振子回复力特点和能量变化规律。3．探究弹簧振子系统的能量转化过程。4．注重养成观察、分析、比较、归纳的良好习惯，激发学习物理的积极性。 知识点一　简谐运动的回复力 1．回复力 (1)定义：振动质点受到的总能使其回到_____的力。 (2)方向：指向_____。 (3)表达式：F＝_____。 2．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_____，质点的运动就是简谐运动。 　公式F＝－kx中k是比例系数，并非弹簧的劲度系数(水平弹簧振子中的k才为弹簧的劲度系数)，其值由振动系统决定，与振幅无关。 　回复力可以是恒力吗？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．思考辨析(正确的打√，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速度方向相反。 ( ) (3)水平弹簧振子运动到平衡位置时，回复力为零。 ( ) 知识点二　简谐运动的能量 1．振动系统(弹簧振子)的状态与能量的对应关系 弹簧振子运动的过程就是____和____互相转化的过程。 (1)在最大位移处，____最大，____为零。 (2)在平衡位置处，____最大，____为零。 2．简谐运动的能量特点：在简谐运动中，振动系统的机械能____，而在实际运动中都有一定的能量损耗，因此简谐运动是一种_____的模型。 2．思考辨析(正确的打√，错误的打×) (1)水平弹簧振子做简谐运动时机械能守恒。 ( ) (2)做简谐运动的物体在平衡位置处动能最大，在最大位移处动能最小。( ) (3)做简谐运动的物体能量变化的周期等于简谐运动的周期。 ( ) (4)做简谐运动的质点，振幅越大，其振动的能量越大。 ( ) 3．填空 如图所示的弹簧振子，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的过程中回复力方向为__，大小逐渐____，动能逐渐____，势能逐渐____。(均选填“正”“负”“增大”或“减小”) 观察水平弹簧振子的振动。 问题1：如图所示，当把振子从静止的位置O拉开一小段距离到A再放开后，它为什么会在A—O —A′之间振动呢？ 问题2：弹簧振子振动时，回复力与位移有什么关系呢？ 考点1　简谐运动的回复力 1．对回复力的理解 (1)回复力是指将振动物体拉回到平衡位置的力，它可以是物体所受的合外力，也可以是一个力或某一个力的分力，而不是一种新的性质力。 (2)简谐运动的回复力：F＝－kx。 ①k是比例系数，并非弹簧的劲度系数(水平弹簧振子中k为弹簧的劲度系数)，其值由振动系统决定，与振幅无关。 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。 ③x是指物体相对平衡位置的位移，不一定是弹簧的伸长量或压缩量。 ④回复力的作用总是把物体拉向平衡位置。 2．简谐运动的加速度 根据牛顿第二定律F＝ma知，a＝＝－x，表明简谐运动的加速度大小与位移大小成正比，加速度方向与位移方向相反。 名师点睛：因x＝A sin (ωt＋φ)，故回复力F＝－kx＝－kA sin (ωt＋φ)，可见回复力随时间按正弦规律变化。 【典例1】　一质量为m的小球，通过一根轻质弹簧悬挂在天花板上，如图所示。 (1)小球在振动过程中的回复力实际上是_____。 (2)该小球的振动是否为简谐运动？ [听课记录]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　 ... ...