2019高中物理第十一章第3节简谐运动的回复力和能量讲义（含解析）新人教版

《2019高中物理第十一章第3节简谐运动的回复力和能量讲义（含解析）新人教版》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、简谐运动的回复力和能量一、简谐运动的回复力┄┄┄┄┄┄┄┄①1．回复力(1)定义：做简谐运动的物体受到的总能使物体回到平衡位置的力。(2)方向：指向平衡位置。(3)表达式：F＝－kx。2．简谐运动的动力学定义如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。[注意]1．回复力是指将振动的物体拉回到平衡位置的力，同向心力一样是按照力的作用效果来命名的。2．公式F＝－kx中的k指的是回复力与位移的比例系数，而不一定是弹簧的劲度系数，系数k由振动系统自身决定。①[判一判]1．回复力的方向总是与位移的方向相反(√)2．回复

2、力的方向总是与速度的方向相同(×)3．回复力的大小与速度大小无关，速度增大时，回复力可能增大，也可能减小(×)二、简谐运动的能量┄┄┄┄┄┄┄┄②1．振动系统的状态与能量的关系振动系统的能量一般指系统的机械能。振动的过程就是动能和势能互相转化的过程。(1)在最大位移处，势能最大，动能为零。(2)在平衡位置处，动能最大，势能最小。(3)在简谐运动中，振动系统的机械能守恒(填“守恒”或“减小”)，因此简谐运动是一种理想化的模型。2．决定能量大小的因素振动系统的机械能跟振幅有关，振幅越大，机械能就越大，振动越强。一个确定的简谐运动是等幅(填“等幅”或“减幅”)振动。

3、[注意]简谐运动能量只由振幅决定，振幅不变，振动系统的能量不变。②[填一填]如图所示，一弹簧振子在光滑水平面的A、B两点间做简谐运动，平衡位置为O，已知振子的质量为m。简谐运动的能量取决于________，本题中物体振动时________和________相互转化，总________守恒。解析：简谐运动的能量取决于振幅，本题中物体振动时只有动能和弹性势能相互转化，总机械能守恒。答案：振幅　动能　势能　机械能1.回复力可以由某一个力提供，如水平弹簧振子的回复力即为弹簧的弹力；也可以是几个力的合力，如竖直悬挂的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重力的合力；还可以是某一力

4、的分力。归纳起来，回复力一定等于振动物体在振动方向上所受的合力。分析物体的受力时不能再加上回复力。2．加速度对做简谐运动的弹簧振子而言，根据牛顿第二定律得a＝＝－x，表明振子的加速度大小与位移大小成正比，加速度方向与位移方向相反。[典型例题]例1.如图所示，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(　　)A．0　　　　　　　　B．kxC.kxD.kx[解析]　当物体离开平衡位置的位移为x时，回复力(即弹

5、簧弹力)的大小为kx，以整体为研究对象，此时m与M具有相同的加速度，根据牛顿第二定律得kx＝(m＋M)a，得a＝，以A为研究对象，使m产生加速度的力即为B对A的静摩擦力F，由牛顿第二定律可得F＝ma＝kx，D正确。[答案]　D[点评](1)分析物体做简谐运动的回复力，首先要明确回复力是效果力，是由物体受到的力来充当的，不要认为回复力是物体受到的一种新力。(2)整体法和隔离法在分析简谐运动时，仍然适用。[即时巩固]1．[多选]关于简谐运动的动力学公式F＝－kx，以下说法正确的是(　　)A．k是弹簧的劲度系数，x是弹簧长度B．k是回复力跟位移的比例常数，x是做简谐

6、运动的物体离开平衡位置的位移C．对于弹簧振子系统，k是劲度系数，它由弹簧的性质决定D．因为k＝，所以k与F成正比解析：选BC　k是回复力跟位移的比例常数，对弹簧振子系统，k是弹簧的劲度系数，由弹簧的性质决定；x是做简谐运动的物体离开平衡位置的位移，B、C正确。1.运动学方法找出质点的位移与时间的关系，若遵从正弦函数的规律，即它的振动图象(xt图象)是一条正弦曲线，就可以判定此振动为简谐运动，通常很少应用这个方法。2．动力学方法[典型例题]例2.[多选]如图所示，物体m系在两弹簧之间，弹簧的劲度系数分别为k1和k2，且k1＝k，k2＝2k，两弹簧均处于自然状态，

7、今向右拉动m，然后释放，物体在B、C间振动，O为平衡位置(不计阻力)，则下列判断正确的是(　　)A．m做简谐运动，OC＝OBB．m做简谐运动，OC≠OBC．回复力F＝－kxD．回复力F＝－3kx[解析]　设m在平衡位置O处两弹簧均处于原长状态，则m振动后任取一位置A，如图所示，设在A处m的位移为x，则在A处m所在水平方向的合力F＝k2x＋k1x＝(k2＋k1)x，考虑到F与x方向关系有F＝－3kx，D正确，C错误；可见m做的是简谐运动，由简谐运动的对称性可得OC＝OB，A正确，B错误。[答案]　AD[点评]1．物体做简谐运动的三个特征(1)振动图象是正弦曲线。

8、(2)回复力满足条件F＝－kx。(3)