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课件网) 3 简谐运动的回复力和能量 [定位·学习目标] 1.通过阅读教材,掌握回复力的概念和特征,形成物理观念。2.通过教材做一做,结合牛顿运动定律能够独立运用能量守恒观点分析水平弹簧振子中动能、势能、总能量的变化规律,培养科学思维。3.通过探究弹簧振子系统的能量转化过程,培养学生比较、归纳分析问题的思想方法。 探究·必备知识 知识点一 简谐运动的回复力 「探究新知」 1.回复力 (1)定义:使物体在 附近做往复运动的力。 (2)方向:指向 ,与位移方向相反。 (3)表达式:F= ,式中“-”号表示F与x 。 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,物体的运动就是简谐运动。 平衡位置 平衡位置 -kx 反向 位移 正比 正误辨析 (1)简谐运动的回复力可以是恒力。( ) (2)简谐运动的平衡位置就是质点所受合力为零的位置。( ) (3)回复力的方向总是跟位移的方向相反。( ) (4)通过速度的增减变化情况,能判断回复力大小的变化情况。( ) × √ × √ 知识点二 简谐运动的能量 「探究新知」 1.能量转化 弹簧振子运动的过程就是 和 互相转化的过程。对于沿水平方向振动的弹簧振子: (1)在最大位移处, 最大, 为0; (2)在平衡位置处, 最大, 为0。 动能 势能 势能 动能 动能 势能 2.能量特点 (1)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 模型。 (2)对于沿水平方向振动的弹簧振子,当小球运动到最大位移时,动能为0,弹性势能最大,系统的机械能 最大弹性势能。对于弹簧劲度系数和小球质量都一定的系统,振幅越大,机械能 。 守恒 理想化 等于 越大 正误辨析 (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的方向相反。( ) (3)回复力的方向总是与加速度的方向相反。( ) (4)回复力F=-kx中的k一定是弹簧的劲度系数。( ) × √ × × 突破·关键能力 要点一 简谐运动的回复力 如图甲所示为水平方向的弹簧振子,如图乙所示为竖直方向的弹簧振子,如图丙所示为m随M一起在光滑的水平面上振动的系统。 「情境探究」 探究:(1)图甲中水平方向的弹簧振子的回复力的来源是什么 【答案】 (1)弹簧的弹力提供回复力。 (2)图乙中竖直方向的弹簧振子的回复力的来源是什么 【答案】 (2)弹簧的弹力与重力的合力提供回复力。 (3)图丙中水平方向m与M整体的回复力的来源是什么 m的回复力的来源是什么 【答案】 (3)m与M整体的回复力由弹簧的弹力提供;m的回复力由M对m的静摩擦力提供。 1.对回复力的理解 (1)作用效果:使振动物体回到平衡位置。 (2)来源:回复力可以由某一个力提供,也可以由几个力的合力提供,还可以由某一个力的分力提供。归纳起来,回复力一定等于振动物体在振动方向上所受的合力。 「要点归纳」 2.简谐运动的回复力的特点 (1)表达式:F=-kx。 ①回复力大小:与振子的位移大小成正比,其中x是指物体对平衡位置的位移,不一定是弹簧的伸长量或压缩量。 ②回复力的方向:“-”号表示与位移的方向相反,即回复力的方向总是指向平衡位置。 ③表达式F=-kx中的k指的是由振动系统本身决定的比例系数,而不一定是弹簧的劲度系数。 (3)简谐运动的回复力与时间的关系:因x=Asin(ωt+φ),故回复力F=-kx= -kAsin(ωt+φ),可见回复力随时间按正弦规律变化。 [例1] (对回复力的理解)(2025·内蒙古兴安盟期中)关于简谐运动的回复力,下列说法正确的是( ) [A]做简谐运动的物体回复力总是阻碍其远离平衡位置 [B]回复力不可能等于0 [C]回复力最大时,物体的速度最大 「典例研习」 A [例2] (回复力的计算)(多选)如图所示,物体系在两水平弹簧之间,弹簧劲度系数分别为k1和k2,且 ... ...
