高一物理对简谐振动回复力的理解

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1、对简谐振动回复力的理解江都市丁沟中学王梅在高一物理教材中，回复力是根据水平方向的弹簧振子的振动规律总结出来的，即回复力指的是使弹簧振子回到平衡位置的力亦即弹簧的弹力。这就使得学生对回复力的理解比较狭隘，且不能将它灵活应用到其它的简谐振动模式中去。因此我们在高三复习时有必要将回复力问题讲清、讲透。一.给回复力完整的定义。回复力是指振动物体所受的总是指向平衡位置的合外力。从此定义中让学生认识到：1.回复力是合外力，不单纯是指某一个力。它是根据力的作用效果命名的，类似于向心力。2.回复力的方向是“指向平衡位置”。如图作简谐振动的单摆，受重力和绳的拉力作用，绳的拉力和重力的法向分力的合力提供圆周运动的

2、向心力；指向平衡位置的合外力是重力的切向分力，它提供了单摆振动的回复力。二.加强对回复力公式的理解和应用。简谐振动的回复力公式为F=－KX。1.式中“—”号表示回复力的方向与物体对平衡位置的位移方向相反，亦即指向平衡位置。计算时为避免发生错误，将“—”号省去，直接判断回复力的方向。2.式中K是指回复力与位移成正比的比例系数，不能与弹簧的劲度系数相混淆。如上图单摆的振动中：F=mgsinα,若α<5°，有sinα=X/L,则F=mgX/L,即K=mg/L。一般而言，弹簧振子的振动中K表示弹簧的劲度系数，但也不能一概而论。例：一个竖直弹簧连着一个质量为M的薄板，板上放一木块，木块质量为m.现使整个

3、装置在竖直方向做简谐振动，振幅为A。若要求在整个过程中小木块m都不脱离木板，则弹簧的劲度系数K应不小于多少？分析：m随M一起做简谐振动,以m为研究对象，提供其做简谐振动的回复力是m的重力和M对m的支持力的合力。当支持力为零时，m获得向下的最大回复力mg即获得向下的最大加速度g.。若以整体为研究对象：根据牛顿第二定律F=（M+m）a=（M+m）g根据回复力公式F=KA以上两式相等得K=(M+m)g/A若以m为研究对象：由牛顿第二定律F=ma=mg由回复力公式F=KA则K=mg/A后一种答案是错误的。问题出在哪里？以m为研究对象时，其回复力公式中的比例系数K不再是弹簧的劲度系数。我们不仿推导一下：

4、由牛顿第二定律F=ma从整体出发有a=KX/(M+m)代入上式得F=mKX/(M+m)即此时的比例系数应为mK/(M+m)同理，若以M为研究对象，不难得出其回复力公式中的比例系数为MK/(M+m).。所以，我们要充分认识回复力公式中K值的意义。3.式中X是指振子对平衡位置的位移，不是弹簧的伸长量或压缩量。因而即使是对弹簧振子也不能把KX理解为弹簧的弹力。例：一倔强系数为K的轻弹簧，上端固定，下端吊一质量为m的物体，让其上下做简谐振动，振幅为A，当物体运动到最高点时，其回复力大小为A.mg+KAB.mg-KAC.KA-mgD.KA如果弹簧振子是在水平方向做简谐振动，所有同学会很快选择答案D,但遇

5、到竖直方向的弹簧振子，大部分同学认为必须要考虑竖直方向的重力，因而会把D答案排除。问题的关键是学生错把KA当作弹力，而再去求它和重力的合力。