2016-2017学年粤教版选修3-4第1章第二节简谐运动的力和能量特征学案

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1、第二节简谐运动的力和能量特征课前•预习导讐KIOl\Ylll)OII学习目标重点难点1.能说出回复力的方向特征及其作用效果.2.能记住简谐运动回复力的特点，会判断一个振动是否为简谐运动.3.会分析简谐运动中的能量转化，能说岀振幅越大，振动系统的机械能越大的原因.重点：1•简谐运动满足尸=一也，关系.2.简谐运动中机械能守恒.难点：判断一个振动是否为简谐运动.一、简谐运动的力的特征1.回复力的方向跟振子偏离平衡位置的位移方向担反，总是指向平衡位置,它的作用是使振子能冋到平衡位置.2.做简谐运动的弹簧振子所受回复力的数学表达式为F=_kx,其屮“一”表示尸方向与/方向总是相反,冋复力

2、是业性变化的力.预习交流凡是振动的物体都要受冋复力作用吗？它们所受的冋复力都满足&_kx这一关系吗？答案：所有振动的物体都要受回复力作用，它们是在回复力和惯性的双重作用下运动,但并不是所有振动中物体所受的冋复力都满足F—kx的关系，只有做简谐运动的物体所受的回复力才满足这一关系.二、简谐运动的能量的特征1•简谐运动过程是一个动能和蛰能不断转化的过程，在任意吋刻振动物体的总机械能不变.2.在平衡位置，动能最左，势能最尘；在位移最大处，势能最犬，动能最小.3.振动系统的机械能跟振幅有关，振幅越大，机械能越大.KETANGHEXIIOTANJIU一、简谐运动的力的特征•活动习探宛❶1.回复力是

3、把振子拉冋到平衡位置的力，是按作用效果命名的力，思考讨论它是否一定等于弹簧的弹力？答案：不一定.冋复力可能只由弹簧弹力提供，也可能是由弹力、重力，甚至是弹力、摩擦力等力的合力提供，还有可能是由某个力的分力提供.2.以理想水平弹簧振子为例，说明振子从平衡位置到最大位移过程中，回复力如何变化？合外力与回复力有什么关系？答案：由回复力e—知：从平衡位置到最大位移过程中回复力逐渐增大，合外力与回复力相同.◎迁移❺应用1关于简谐运动的回复力，下列说法正确的是（）.A.可以是恒力B.可以是方向不变而大小变化的力C.可以是大小不变而方向变化的力D.一定是变力答案：D解析：根据做简谐运动物体的回复力的特

4、征，回复力与位移成正比，与位移的方向相反,所以，位移的大小和方向都做周期性变化.1师点律。简谐运动的回复力总是和位移大小成正比，和位移方向相反，这是物体做简谐运动的条件，也是判断或证明物体是否做简谐运动的依据.二、简谐运动的能量特征•话动与探究❷1.简谐运动是理想化模型，分析讨论后从能量的角度说明它的理想化特点.答案：①简谐运动中，动能和势能相互转化，但在转化过程中机械能守恒，因为只有重力或系统内的弹力做功.②正是由于机械能守恒，并且振动的能量只跟振幅有关，所以一个确定的简谐运动是等幅振动.2.在弹簧振子做简谐运动的一个周期内，分析动能和势能Z间相互转化的情况.答案：在一个周期内，动能和

5、势能之间完成两次周期性的转化.©迁移❻皿用2决于水平的弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法不正确的有（）.A.等于在平衡位置时振子的动能B.等于在最大位移时弹簧的弹性势能C.等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能Z和D.位移越大振动能量也越大答案：D解析：简谐运动过程屮机械能守恒，选项C正确，选项D错误；平衡位置的弹性势能为零，所以总能量就是平衡位置的动能，选项A正确；在最大位移处，动能全部转化成弹性势能，选项B正确.师点津。1.简谐运动中振动系统的动能和势能相互转化，机械能的总量不变，即机械能守恒.2.简谐运动中在最大位移处，x、F、日、乙最大，r=0,区=0；在平衡位置处，x=0,F=Q

6、,$=0,你最小，y、Zi最大.3.简谐运动的能量与振幅相对应，一-般来说，振幅越大，振动能量越大，振幅越小，振动能量越小，振幅是简谐运动能量大小最直观的反映.❾❹检测：：：：：：：：：：：：：：：：：1.如图所示，对水平面上做简谐运动的弹簧振子/〃的受力分析正确的是（）.彳mB0AA.重力、支持力、弹簧的弹力B.重力、支持力、弹簧的弹力、回复力C.重力、支持力、回复力、摩擦力D.重力、支持力、摩擦力答案：A解析：弹簧振子是一个理想化的物理模型、忽略摩擦力，运动屮只受重力、支持力、弹簧的弹力三个力作用，这三个力的合力提供回复力，回复力是效果力，故A正确.2.在简谐运动屮，振子每次经过同一

7、位置时，下列各组描述振动的物理量总是相同的是（）•A.速度、加速度、动能B.动能、冋复力、位移C.加速度、速度、势能D.速度、动能、冋复力答案：B解析：通过对简谐运动过程的分析可知，在同一位置，位移、加速度、回复力、动能、势能一定相同，由于通过同一位置具有往复性，所以速度可能相同，也可能相反，故选项B正确.3.做简谐运动的物体，其加速度自随位移以变化的规律是下图中的（）.答案：BFk解析：简谐运动的回复力总是满足尸=—上G由牛顿第二