2020-2021学年高二下学期物理人教版选修3-4课件：11.3 简谐运动的回复力和能量（26页PPT）

第十一章　机械振动 3　简谐运动的回复力和能量 导学探究　如图2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？ 一、简谐运动的回复力 重点探究 图2 (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？ 一、简谐运动的回复力 1.定义: 2.特点: 按力的作用效果命名，方向始终指向平衡位置 使振子回到平衡位置的力 3.来源： 回复力可以是弹力,也可以是其它力(包括摩擦力);可以是某一个力，或几个力的合力,或者某个力的分力. 1.回复力 回复力是指将振动的物体拉回到平衡位置的力，回复力为零的位置就是平衡位置. 知识深化 2.回复力的来源 回复力是根据力的作用效果命名的，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3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3 3.回复力公式：F＝－kx (1)k是比例系数，其数值由振动系统决定，与振幅无关.对于水平弹簧振子，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. 4.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. 5.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4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.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重力、支持力、弹簧弹力和回复力的作用 C.振子由A向O运动过程中，回复力逐渐增大 D.从A向O运动的过程中加速度方向向右，逐渐减小 图4 √ √ 解析　弹簧振子运动过程中受重力、支持力和弹簧弹力，回复力是根据效果命名的力，它是由物体受到的具体的力所提供的，在此情景中弹簧的弹力充当回复力，故A正确，B错误； 回复力与位移的大小成正比，由A向O运动过程中位移的大小在减小，故此过程回复力逐渐减小，C错误； 加速度方向与位移方向相反，故从A向O运动的过程中加速度方向向右，且A点加速度最大，O点加速度为0，故加速度逐渐减小，故D正确. 例2　在光滑水平面上做简谐运动的弹簧振子的质量是2 kg，当它运动到平衡位置左侧2 cm时，受到的回复力是4 N，当它运动到平衡位置右侧4 cm时，它的加速度是 A.2 m/s2，方向水平向右 B.2 m/s2，方向水平向左 C.4 m/s2，方向水平向右 D.4 m/s2，方向水平向左 √ 解析　设向右为正方向，当弹簧振子运动到平衡位置左侧2 cm时，回复力为F1＝－kx1，x1＝－2 cm， 当它运动到平衡位置右侧4 cm时，回复力为F2＝－kx2，x2＝4 cm， 又F1＝4 N，解得F2＝－8 N， 即加速度大小为4 m/s2，方向水平向左，选项D正确. 例3　如图5所示，弹簧劲度系数为k，在弹簧下端挂一个重物，质量为m，重物静止.在竖直方向将重物下拉一段距离(没超过弹簧弹性限度)，然后无初速度释放，重物在竖直方向上下振动.(不计空气阻力) (1)试分析重物上下振动回复力的来源； 答案　见解析 图5 解析　重物在竖直方向上下振动过程中，在竖直方向上受到了重力和弹簧弹力的作用，振动的回复力是重力与弹簧弹力的合力. (2)试证明该重物做简谐运动. 答案　见解析 解析　重物静止时的位置即为振动的平衡位置， 设此时弹簧的伸长量为x0，根据胡克定律和力的平衡有kx0＝mg. 设重物振动过程中某一位置偏离平衡位置的位移为x，并取竖直向下为 ... ...