高中物理 第十一章 机械振动 11.3 简谐运动的回复力和能量（1）学案新人教版选修3-4.doc

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1、11.3简谐运动的回复力和能量[目标定位]1.掌握简谐运动的动力学特征，明确回复力的特点及来源.2.知道振幅越大，振动的能量(总机械能)越大.3.掌握简谐运动的判断方法.4.理解简谐运动中各物理量的变化规律，会分析具体问题．一、简谐运动的回复力[问题设计]图1为弹簧振子的模型，请分析振子在运动过程中所受的合力方向有什么特点？合力的作用效果是什么？图1[要点提炼]1．回复力(1)回复力的方向总是指向，的位置就是平衡位置．(2)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．例如：如图2甲所示，水平方向的弹簧振子，充

2、当回复力；如图乙所示，竖直方向的弹簧振子，弹力和的合力充当回复力；如图丙所示，m随M一起振动，m的回复力是．图2(3)回复力的作用总是把物体拉回到平衡位置．2．简谐运动的动力学特征：回复力F＝.(1)k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．(3)判断一个物体是否做简谐运动，可找出回复力F与位移x之间的关系，若满足F＝，则物体做简谐运动，否则就不是简谐运动．[延伸思考]做简谐运动的物体，在运动的过程中，加速度是如何变化的？二、

3、简谐运动的能量[问题设计]如图3所示为水平弹簧振子，振子在A、B之间往复运动，(1)弹性势能最大的位置是________(填A、O或B)，动能最大的位置是________(填A、O或B)．图3(2)在一个周期内的能量是如何变化的？[要点提炼]1．不考虑阻力，水平弹簧振子振动过程中只有做功，在任意时刻的动能与势能之和，即机械能守恒．2．简谐运动的机械能与有关，振幅越，振动的能量越大．一个确定的简谐运动是振动．3．简谐运动中动能和势能的周期性变化在一个振动周期内，动能和势能之间完成次周期性变化，经过平衡位置时，动能最，势能最；经过最大位移处时，势

4、能最，动能最．三、简谐运动中各物理量变化情况如图3所示，作为一个振动系统，弹簧振子的势能与弹簧的伸长量有关，动能与小球的速度有关．请在下表中补充完整弹簧振子在各位置的能量变化．某量取最大值、最小值用文字表示，某量为零用数字0表示，增加和减少分别用斜向上的箭头和斜向下的箭头表示.位置AA→OOO→BB位移的大小最大0最大速度的大小0最大0动能0最大0势能最大0最大总机械能保持不变一、简谐运动的回复力例1如图4所示，弹簧振子在光滑水平杆上的A、B之间往复运动，O为平衡位置，下列说法正确的是()图4A．弹簧振子运动过程中受重力、支持

5、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、弹簧弹力和回复力作用C．振子由A向O运动过程中，回复力逐渐增大D．振子由O向B运动过程中，回复力的方向指向平衡位置例2如图5所示，质量为m的物体A放置在质量为M的物体B上，B与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐运动，振动过程中A、B之间无相对运动，设弹簧的劲度系数为k，当物体离开平衡位置的位移为x时，A、B间摩擦力的大小等于()图5A．0B．kxC.kxD.kx二、简谐运动的能量例3如图6所示，一水平弹簧振子在A、B间做简谐运动，平衡位置为O，已知振子的质量为M.图6(1)简谐运动的

6、能量取决于____________，振子振动时动能和________能相互转化，总机械能______．(2)振子在振动过程中，下列说法中正确的是()A．振子在平衡位置，动能最大，势能最小B．振子在最大位移处，势能最大，动能最小C．振子在向平衡位置运动时，由于振子振幅减小，故总机械能减小D．在任意时刻，动能与势能之和保持不变(3)若振子运动到B处时将一质量为m的物体放到M的上面，且m和M无相对滑动而一起运动，下列说法正确的是()A．振幅不变B．振幅减小C．最大动能不变D．最大动能减小三、简谐运动中各物理量的变化情况例4如图7所示是某一质点做简谐

7、运动的振动图象，下列说法正确的是()图7A．在第1s内，质点速度逐渐增大B．在第1s内，质点加速度逐渐增大C．在第1s内，质点的回复力逐渐增大D．在第4s内，质点的动能逐渐增大E．在第4s内，质点的势能逐渐增大F．在第4s内质点的机械能逐渐增大1．(简谐运动的回复力)做简谐运动的弹簧振子质量为0.2kg，当它运动到平衡位置左侧20cm时受到的回复力是4N；当它运动到平衡位置右侧40cm时，它的加速度为()A．20m/s2，向右B．20m/s2，向左C．40m/s2，向右D．40m/s2，向左2．(简谐运动的能量)一个做简谐运动的物体，每次势能

8、相同时，下列说法中正确的是()A．有相同的动能B．有相同的位移C．有相同的加速度D．有相同的速度3．[应用图象分析运动过程]如图8甲所示，弹簧振子以O点为平衡位置，