《简谐运动的回复力和能量》课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,3 简谐运动的回复力和能量,第十一章 机械振动,3 简谐运动的回复力和能量第十一章 机械振动,1,观察弹簧振子的运动,想一想,分析讨论：,振动产生的原因是什么呢,？,观察弹簧振子的运动想一想分析讨论：振动产生的原因是什么呢？,2,O,A,B,O,A,B,C,D,O,A,B,C,D,O,A,B,C,D,O,A,B,C,D,物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点？,O,A,B,C,D,O,A,B,C,D,O,A,B,C,D,O,B,C,D,A,X,X,X,X,X,X,F,F,F,F,F,F,OABOABCDOABCDOABCDOABCD物体做简谐运动,3,一、简谐运动的回复力,2特点：,是,按力的,作用效果,命名。可以是,某个力,，,也可以是,某个力的分力,，还可以是,几个力的合力,1.,定义：总是指向平衡位置,，使物体回到平衡位置的力,。,3.,回复力来源：,振动方向上,的合外力,一、简谐运动的回复力2特点：是按力的作用效果命名。可以是某,4,即,:,回复力的公式为,“-”,表示回复力方向始终与位移方向相反,。,(,胡克定律,),k,-,弹簧的劲度系数,(,常量,),x,-,振子离开平衡位置的位移,简称,位移,方向,总是背离平衡位置,.,大小,:,一、简谐运动的回复力,弹簧振子的回复力,振子到达,平衡位置,时，由于,惯性,继续运动。振子,离开平衡位置,，由于有,回复力,而做减速运动。,即:回复力的公式为“-”表示回复力方向始终与位移方向相反,5,4.,简谐运动（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,.,即回复力满足,F=-KX,的运动就是简谐运动,注意,：对一般的简谐运动，由于回复力不一定是弹簧的弹力，所以,K,不一定是劲度系数，而是回复力与位移的比例系数,一、简谐运动的回复力,4.简谐运动（动力学定义）：如果质点所受的力与它,6,5.,简谐运动的加速度,*,注意：,在平衡位置回复力一定为零，但合外力不一定为零。,（,1,）简谐运动的,加速度,大小跟位移成正比，方向始终和位移方向相反。,（,2,）加速度随位移的变化而变化，所以简谐运动是一种非匀变速直线运动。,一、简谐运动的回复力,5.简谐运动的加速度*注意：在平衡位置回复力一定为零，但合外,7,在劲度系数为,k,，原长为,L,0,的固定于一点的弹簧下端挂一质量为,m,的小物块，释放后小物块做上下振动，此时弹簧没有超出弹性限度，小木块的振动是简谐运动吗？,判断物体是否做简谐运动的,两种方法：,x-t,图像为正弦曲线,F-x,满足,F=-kx,的形式,思考与讨论,在劲度系数为k，原长为L0的固定于一点的弹,8,证明：竖直方向的轻弹簧悬挂一个小球，该振动是一种简谐运动。,提示：,1.,找平衡位置；,2.,寻找回复力来源；,3.,推导是否满足,F,回,=-kx,证明：竖直方向的轻弹簧悬挂一个小球，该振动是一种简谐运动。提,9,规定向下为正方向,平衡位置,:,振子在,C,点受到的弹力为,:,振子受的回复力,回复力不一定是弹力，,可以是,几个力的合力。,也,可以是,某个力,，还可以是,某个力的分力。,回复力一定是弹簧弹力吗?,深入探究,规定向下为正方向 平衡位置:振子在C点受到的弹力为:振子受的,10,hkjk,物理量,变化过程,B,B,到,O,O,O,到,A,A,A,到,O,O,O,到,B,B,位移（,x,）,方向,大小变化,回复力（,F,）加速度（,a,）,方向,大小变化,速度（,v,）,方向,大小变化,最,大,最,大,向,右,向,左,向,右,变,小,向,左,变,小,向,左,变,大,最,大,向,左,0,0,0,向,左,变,大,最,大,向,左,向,右,向,右,变,大,最,大,向,左,变,小,0,向,左,变,小,向,右,变,小,向,右,变,大,最,大,向,右,0,0,向,右,变,大,向,左,变,大,向,右,变,小,hkjk物理量变化过程BB到OOO到AAA到OOO到BB位移,11,1,、简谐运动的加速度大小和方向都随时间做 周期性的变化，所以,2,、当物体从,最大位移处向平衡位置,运动时，由 于,v,与,a,的方向一致,，物体做,加速度越来越小 的加速运动,。,3,、当物体从,平衡位置向最大位移,处运动时，由于,v,与,a,的方向相反,，物体做,加速度越来越 大的减速运动,。,简谐运动是变加速运动,二、简谐运动中各个物理量的变化规律,归纳总结,1、简谐运动的加速度大小和方向都随时间做 周期性的变化,12,模拟弹簧振子振动实验,B,B,二、简谐运动中各个物理量的变化规律,模拟弹簧振子振动实验BB二、简谐运动中各个物理量的变化规律,13,总结：,做简谐运动的物体，在通过对称于平衡位置的,AB,两个位置时，相对应的各个各个物理量具有怎样的关系？,1.,位移大小,相等,，方向,相反；,2.,速度大小,相等,，方向,可能,相同，也,可能,相反；,3.,加速度大小,相等,，方向,相反；,4.,从平衡位置到达这两个，或从这两个点直接到达平衡位置的,时间相等,；,归纳总结,二、简谐运动中各个物理量的变化规律,总结：做简谐运动的物体，在通过对称于平衡位置的AB两个位置时,14,X,v,F,、,a,动能,势能,A,A-O,O,O-B,B,向左最大,向左,减小,向,右,最大,向,右,最大,0,向右最大,向右增大,向右减小,0,0,向右增大,向右减小,向,左,增大,0,向左最大,0,增大,最大,减小,0,最大,减小,0,增大,最大,O,A,B,三、简谐运动的能量,XvF、a动能势能AA-OOO-BB向左最大向左减小向右最大,15,2,、简谐运动的能量与振幅有关，,振幅越大，振动的能量越大,1,、简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即,机械能守恒,。,试画出物体在做简谐运动时的,E,k,-t,和,E,p,-t,及,E-t,图象,t,E,0,机械能,势能,动能,A,B,O,三、简谐运动的能量,2、简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大,16,简谐运动的对称性,简谐运动的对称性,17,位移和加速,度的对称,物体经过同一点,(,如,C,点,),时，位移和加速度均,相同,物体经过关于,O,点对称的两点,(,如,C,点与,D,点,),时，位移与加速度均大小相等，,方向相反,动能、势能、,机械能的对称,物体连续两次经过,同一点,(,如,D,点,),时的动能、势能、机械能均,相等,物体经过关于,O,点对称的两点,(,如,C,点与,D,点,),时的动能、势能、机械能均,相等,位移和加速物体经过同一点(如C点)时，位移和加速度均相同动,18,做简谐运动的物体，当位移为负值时，以下说法正确的是（）,A,速度一定为正值，加速度一定为正值,B,速度不一定为正值，但加速度一定为正值,C,速度一定为负值，加速度一定为正值,D,速度不一定为负值，加速度一定为负值,B,例题,1,做简谐运动的物体，当位移为负值时，以下说法正确的是（,19,在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，,下列各组中描述振动的物理量总是相同的是（）,A,速度、加速度、动能,B,加速度、回复力和位移,C,加速度、动能和位移,D,位移、动能、回复力,BCD,例题,2,在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，BCD例题2,20,当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法正确的是（）,A,振子在振动过程中，速度相同时，弹簧的长度一定相等,B,振子从最低点向平衡位置运动过程中，弹簧弹力始终做负功,C,振子在振动过程中的回复力由弹簧的弹力和振子的重力的合力提供,D,振子在振动过程中，系统的机械能一定守恒,C D,例题,3,当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法正确的是（,21,关于弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法正确的有（,）,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之和,D,位移越大振动能量也越大,ABC,例题,4,关于弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法正确的有（,22,如图是质点做简谐振动的图像，由此可知（）,A,t=0,时，质点的位移、速度均为零,B,t=1s,时，质点的位移为正向最大，速度为零，加速度为负向最大,C,t=2s,时，质点的位移为零，速度为负向最大值，加速度为零,D,质点的振幅为,5cm,，,周期为,2s,BC,例题,5,如图是质点做简谐振动的图像，由此可知（）BC,23,弹簧振子作简谐运动时，以下说法正确的是：（）,A,振子通过平衡位置时，回复力一定为零,B,振子做减速运动，加速度却在增大,C,振子向平衡位置运动时，加速度方向与速度方向相反,D,振子远离平衡位置运动时，加速度方向与速度方向相反,ABD,练习,1,弹簧振子作简谐运动时，以下说法正确的是：（,24,如图所示，是一弹簧振子，设向右方向为正，,O,为平衡位置，则,（）,A,AO,位移为负值，速度为正值,B,OB,时，位移为正值，加速度为负值,C,BO,时，位移为负值，速度为负值,D,OA,时，位移为负值，加速度为正值,ABD,练习,2,如图所示，是一弹簧振子，设向右方向为正，O为平衡位置，则（,25,一个弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动,其中有两个时刻弹簧振子的弹力大小相等,但方向相反,则这两个时刻振子的（）,A,速度一定大小相等,方向相反,B,加速度一定大小相等,方向相反,C,位移一定大小相等,但方向不一定相反,D,以上三项都不一定大小相等方向相反,B,练习,3,一个弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动,其中有两个时刻弹簧振,26,简谐运动的回复力和能量课件,27,简谐运动的回复力和能量课件,28,