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《2020_2021学年高中物理第11章机械振动3简谐运动的回复力和能量课件新人教版选修3_4202103291123.ppt》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必备知识·自主学习一、简谐运动的回复力1.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________,并且总是指向_________,质点的运动就是简谐运动。2.回复力:项 目内 容定 义振动质点受到的总能使其回到_________的力方 向总是指向_________表达式F=____效 果总是要把物体拉回到_________成正比平衡位置平衡位置平衡位置-kx平衡位置二、简谐运动的能量1.能量转化:弹簧振子运动的过程就是_____和_____互相转化的过程。(1)在最大位移处,_____最大,_____为零。(2)在平
2、衡位置处,_____最大,_____最小。2.遵循规律:在简谐运动中,振动系统的机械能_____,而在实际运动中都有一定的能量损耗,因此简谐运动是一种_______的模型。势能动能动能势能守恒理想化动能势能【易错辨析】(1)回复力的方向总是与速度的方向相反。()(2)回复力的方向总是与加速度的方向相反。()(3)做简谐运动的质点,任意时刻回复力(不为零)的方向总与位移的方向相反。()(4)通过速度的增减变化情况,能判断回复力大小的变化情况。()提示:(1)×。回复力的方向与速度方向可能相同,也可能相反,当振子做加速运动时相同,做减速运动时相反。(2)×。由牛顿第二定
3、律可知,加速度的方向总是与回复力的方向相同。(3)√。回复力是指向平衡位置的,而位移是以平衡位置为起点指向质点所在位置的,所以二者的方向总是相反的。(4)√。速度增大,说明质点正向着平衡位置移动,故回复力正在减小;反之,速度减小,质点正远离平衡位置,回复力正在增大。关键能力·合作学习知识点一 简谐运动回复力和加速度的特点1.简谐运动中回复力的来源:(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)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;也可能是几个力的合力,如竖直悬挂的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重
4、力的合力;还可能是某一力的分力。2.F=-kx式中k值的理解: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。3.简谐运动的加速度的特点:根据牛顿第二定律得a==-x,表明弹簧振子做简谐运动时,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。4.简谐运动的回复力的规律:因x=Asin(ωt+φ),故回复力F=-kx=-kAsin(ωt+φ),可见回复力随时间按正弦规律变化。【典例示范】【典例】(多选)如图,轻质弹簧下挂重为300N的物体A时伸长了3cm,再挂上重为200N的物体B时又伸长了2cm,现将
5、A、B间的细线烧断,使A在竖直平面内振动,则()A.最大回复力为500N,振幅为5cmB.最大回复力为200N,振幅为2cmC.只减小A的质量,振动的振幅变小,周期不变D.只减小B的质量,振动的振幅变小,周期不变【解析】选B、D。轻质弹簧下挂重为300N的物体A时伸长了3cm,再挂上重为200N的物体B时又伸长了2cm,故劲度系数为k===10000N/m,若将连接A、B两物体的细线烧断,物体A将做简谐运动,烧断瞬间,合力充当回复力;由于细线烧断前是平衡状态,烧断后细线对A的拉力减小了200N,而弹力不变,故合力为200N,故最大回复力为200N,刚剪断细线时物体的
6、加速度最大,此处相当于是物体A到达简谐运动的最大位移处,故振幅为2cm,故A错、B对;只减小A的质量,A振动的平衡位置上移,振动的幅度变大,而周期与振幅无关,所以周期不变,故C错误;只减小B的质量,振动的幅度变小,而周期与振幅无关,所以周期不变,故D正确。【素养训练】一劲度系数为k=200N/m的轻质弹簧,与质量为0.4kg的可看作质点的小球,组成弹簧振子。振子在竖直方向做简谐运动时,规定竖直向上为正方向,坐标原点与平衡位置重合。振子振动图象如图所示,则()A.在t=1s时,速度为负向最大值,回复力为零B.在t=2s时,速度为负向最大值,弹簧弹力为零C.在t=3s时
7、,速度为正向最大值,加速度为1m/s2D.在t=4s时,速度为正向最大值,回复力为零【解析】选D。当t=1s时,正向位移最大,速度为零,回复力最大,选项A错误;当t=2s时,位移为零,而速度最大,速度方向要看该点切线斜率的正负,t=2s时,速度为负值,此时振子的加速度为零,弹簧弹力等于小球的重力4N,选项B错误;当t=3s时,位移负向最大,加速度a=最大,速度为零,选项C错误;当t=4s时,位移为零,回复力为零,速度最大,方向为正,选项D正确。故选D。【加固训练】1.如图所示,对做简谐运动的弹簧振子m的受力情况分析正确的是()A.重力、支持力、弹簧的弹力B.重力
