2018-2019版物理新导学笔记选修3-4第十一章3-(8205)

《2018-2019版物理新导学笔记选修3-4第十一章3-(8205)》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[学习目标]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[导学探究]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答案振子所受的合力方向总是指向平衡位置，它的作用效果总是把振子拉回到平衡位置．[知识梳理]1．回复力(1)回复力的方向总是指向平衡位置，回复力为零的位置就是平衡位置．(2)回复力的性

2、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，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的回复力是静摩擦力．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＝－kx.(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相反．(3)判断一个物体是否做简谐

3、运动，可找出回复力F与位移x之间的关系，若满足F＝－kx，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？答案加速度a＝F＝－mkxm，其大小与位移x成正比，方向总与位移方向相反(简谐运动是一种变加速的往复运动)．二、简谐运动的能量[导学探究]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？答案(1)A、BO(2)从A

4、→O的过程中，动能增大，势能减小；从O→B，动能减小，势能增大；从B→O，动能增大，势能减小；从O→A，动能减小，势能增大；在平衡位置，动能最大，势能为零；在最大位移处，动能为零，势能最大．在一个周期内，动能和势能大小做两次周期性变化．[知识梳理]1．不考虑阻力，水平弹簧振子振动过程中只有弹力做功，在任意时刻的动能与势能之和不变，即机械能守恒．2．简谐运动的机械能与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大．一个确定的简谐运动是等幅振动．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两次周期性变化，经过平衡位

5、置时，动能最大，势能最小；经过最大位移处时，势能最大，动能最小．--**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(多选)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

6、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答案AD解析回复力是根据效果命名的力，不是做简谐运动的物体受到的具体的力，它是由物体受到的具体的力所提供的，在题图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，故此过程中回复力逐渐减小，C错误；回复力总是指向平衡位置，故D正确．--*

7、*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与水平轻质弹簧相连，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5mm A．0B．kxC.kxD.kx MM＋m答案D解析当物体离开平衡位置的位移为x时，弹簧弹力的大小为kx，以整体为研究对象，此时kx A与B具有相同的加速度，根据牛顿第二定律得kx＝(m＋M)a，故a＝.以A为研究对象， M＋mm 使A产生加速度的力即为B对A的静摩擦力Ff，由牛顿第二定律可得

8、Ff＝ma＝kx.故正 M＋m确答案为D.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)简谐运动的能量取决于____________，振子振动时动能和________能相互转化，总机械能______．(2)(