2019-2020年高中物理 第十一章 机械振动 11.3 简谐运动的回复力和能量(1)学案新人教版选修3-4

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1、2019-2020年高中物理第十一章机械振动11.3简谐运动的回复力和能量(1)学案新人教版选修3-4[目标定位]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[问题设计]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[要点提炼]1.回复力(1)回复力的方向总是指向,的位置就是平衡位置.(2)回复力的性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.

2、例如:如图2甲所示,水平方向的弹簧振子,充当回复力;如图乙所示,竖直方向的弹簧振子,弹力和的合力充当回复力;如图丙所示,m随M一起振动,m的回复力是.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=.(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.(3)判断一个物体是否做简谐运动,可找出回复力F与位移x之间的关系,若满足F=,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

3、变化的?二、简谐运动的能量[问题设计]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?[要点提炼]1.不考虑阻力,水平弹簧振子振动过程中只有做功,在任意时刻的动能与势能之和,即机械能守恒.2.简谐运动的机械能与有关,振幅越,振动的能量越大.一个确定的简谐运动是振动.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次周期性变化,经过平衡位置时,动能最,势能最;经过最大位移处时,势能最,动能最.三、

4、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、

5、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5A.0B.kxC.kxD.kx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

6、,总机械能______.(2)振子在振动过程中,下列说法中正确的是()A.振子在平衡位置,动能最大,势能最小B.振子在最大位移处,势能最大,动能最小C.振子在向平衡位置运动时,由于振子振幅减小,故总机械能减小D.在任意时刻,动能与势能之和保持不变(3)若振子运动到B处时将一质量为m的物体放到M的上面,且m和M无相对滑动而一起运动,下列说法正确的是()A.振幅不变B.振幅减小C.最大动能不变D.最大动能减小三、简谐运动中各物理量的变化情况例4如图7所示是某一质点做简谐运动的振动图象,下列说法正确的是()图7A.在第1s内,质点速度逐渐增大B.在第1s内,质点加速度逐渐增大C

7、.在第1s内,质点的回复力逐渐增大D.在第4s内,质点的动能逐渐增大E.在第4s内,质点的势能逐渐增大F.在第4s内质点的机械能逐渐增大1.(简谐运动的回复力)做简谐运动的弹簧振子质量为0.2kg,当它运动到平衡位置左侧20cm时受到的回复力是4N;当它运动到平衡位置右侧40cm时,它的加速度为()A.20m/s2,向右B.20m/s2,向左C.40m/s2,向右D.40m/s2,向左2.(简谐运动的能量)一个做简谐运动的物体,每次势能相同时,下列说法中正确的是()A.有相同的动能B.有相同的位移C.有相同的加速度D.有相同的

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