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时间:2018-10-19
《高中物理第十一章机械振动3简谐运动的回复力和能量名师导航学案新人教版选修3_4》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、3简谐运动的回复力和能量名师导航知识梳理1.回复力(1)回复力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向____________,总是指向____________位置,它的作用是使振子能____________平衡位置.(2)做简谐运动的弹簧振子的回复力为____________,回复力是____________性变化的力.2.能量(1)简谐运动过程是一个____________和____________不断转化的过程,在任意时刻振动物体的总机械能________________.(2)在平衡位置,动能最____________
2、,势能最____________;在位移最大处,势能是____________,动能是____________.(3)振动系统的机械能跟振幅有关,振幅越大机械能越____________.知识导学学习本节时,要先复习匀变速运动的物体所受合力的大小、方向与运动状态的关系;通过对比了解简谐运动的回复力,观察生活中的很多振动现象,如钟摆的摆动,水中浮标的上下浮动等,认识回复力的存在.结合生活中的现象,如荡起的秋千,在自由摆动的过程中,由于摩擦和空气阻力的影响会慢慢停下来;拨动的琴弦慢慢停止等,认识到能量的存在,并且用能量理解日
3、常生活现象,达到学以致用的目标.疑难突破1.理解回复力剖析:(1)回复力是指使物体回到平衡位置的力.回复力是根据力的效果命名的,对弹簧振子回复力只由弹簧弹力提供,对复杂的振动系统,它可以是物体所受的重力、弹力、摩擦力等外力的合力,也可以是其中的某一个,还可以是某一个力的分力.所以在对振动系统进行受力分析时,不可重复分析力.(2)在简谐运动中回复力跟物体离开平衡位置的位移的大小成正比,方向跟位移的方向相反,回复力有周期性.2.简谐运动中机械能的转化和守恒定律剖析:(1)简谐运动过程中动能和势能不断地发生转化,在平衡位置时,
4、动能最大,势能最小;在位移最大时,势能最大,动能为零,在任意时刻动能和势能的总和,就是振动系统的总机械能.(2)弹簧振子是在弹力或重力的作用下发生振动的,如果不计摩擦力和空气阻力,只有弹力或重力做功,那么振动系统的机械能守恒,振动系统的机械能跟振幅有关,振幅越大,机械能就越大.典题精讲【例题】一平台沿竖直方向做简谐运动,一物体置于振动平台上随平台一起运动,当振动平台处于什么位置时,物体对台面的正压力最大()A.当振动平台运动到最高点时B.当振动平台向下运动过振动中心时C.当振动平台运动到最低点时D.当振动平台向上运动过振
5、动中心时思路解析:物体随平台在竖直方向振动过程中,仅受两个力作用:重力和台面支持力.由这两个力的合力作为振动的回复力,并产生始终指向平衡位置的加速度.物体在最高点a和最低点b时,所受回复力和加速度的大小相等,方向均指向O点,如图11-3-1所示.图11-3-1根据牛顿第二定律得最高点mg-FNa=ma;最低点FNb-mg=ma平衡位置FNO-mg=0;所以FNb>FNO>FNa即振动台运动到最低点时,平台对物体的支持力最大.根据牛顿第三定律,物体对平台的压力最大.答案:C绿色通道:物体随平台振动过程可以看成是弹簧在竖直方
6、向上的简谐运动,回复力是由重力和台面支持力提供的,利用牛顿第二、三定律可解此题.变式训练:卡车在平直道路上行驶,卡车车厢装满货物,由于路面不是很平,车厢发生上下振动,货物也随车厢上下振动但不脱离车厢底板.假如货物上下做简谐运动,振动位移图象如图11-3-2所示,规定向上方向为正,下列说法正确的是()图11-3-2A.在图象a点货物对车厢底板的压力大于货物重力B.在图象b点货物对车厢底板的压力大于货物重力C.在图象c点货物对车厢底板的压力大于货物重力D.在图象d点货物对车厢底板的压力大于货物重力答案:C问题探究问题:物体做
7、简谐运动时,其动能随位移如何变化?势能随位移如何变化?机械能随位移如何变化?导思:简谐运动的能量问题处理时,一要清楚简谐运动中,只有动能和势能的转化,没有能量损耗;二要明白运动过程中加速度、速度随位移的变化规律;三要知道振幅与能量的关系;四要注意势能零点的选取;五要注意从功和能变化的关系来寻找振动过程中能量所遵循的规律.判断动能和势能大小变化的基本思路:位移(x)→势能(Ep)总能量不变动能(Ek).探究:简谐运动中,物体做相对平衡的往复运动,位移方向从平衡位置指向末位置,大小等于两位置间的距离,位移是矢量.在平衡位置,
8、位移为零,势能为零,受力为零,速度达到最大,动能最大;从平衡位置到最大位移的运动过程中,速度逐渐减小,位移逐渐增大,即势能逐渐增大,而动能逐渐减小;从最大位移向平衡位置的过程中,正好相反,速度逐渐增大,位移逐渐减小,即动能逐渐增大,势能逐渐减小.探究结论:动能随位移后“异步”变化,势能随位移作“同步”变化,机械能守恒
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