资源描述
高中物理新人教版 选修- 4系列课件,11.3简谐运动的 回复力和能量,教学目标,一、知识目标 1.知道振幅越大，振动的能量(总机械能)越大；2.对单摆，应能根据机械能守恒定律进行定量计算；3.对水平的弹簧振子，应能定量地说明弹性势能与动能的转化；4.知道简谐运动的回复力特点及回复力的来源。5.知道在什么情况下可以把实际发生的振动看作简谐运动。 二、能力目标 1.分析单摆和弹簧振子振动过程中能量的转化情况，提高学生分析和解决问题的能力。2.通过阻尼振动的实例分析，提高处理实际问题的能力。,三、德育目标 1.简谐运动过程中能量的相互转化情况，对学生进行物质世界遵循对立统一规律观点的渗透。 2.振动有多种不同类型说明各种运动形式都是普遍性下的特殊性的具体体现。 【教学重点】 1.对简谐运动中能量转化和守恒的具体分析。 2.什么是阻尼振动。 【教学难点】 关于简谐运动中能量的转化。,一、机械振动 1.定义:物体在平衡位置附近所做的往复运动. 2.特点: 对称性; 周期性.,二、弹簧振子模型 1.小球看成质点; 2.忽略弹簧质量; 3.忽略阻力.,三、振动图像(x-t图象) 横坐标t时间;纵坐标x偏离平衡位置的位移.,复习：简谐运动及其描述,位移x:总是从平衡位置指向振子位置.,4、特征值法:振幅; 周期、频率; 相位. 强弱； 快慢; 步调.,四、简谐运动的描述 1、定义法:位移随时间按正弦规律变化.,3、图象法:是正弦曲线.,2、公式法：,复习：简谐运动及其描述,思考1:弹簧振子为什么会做往复运动?,答:1.存在力;,惯性.,思考2:这个力有什么特点?,2.总是指向平衡位置.,1.定义:振动物体受到的总是指向平衡位置的力.,一、简谐运动的回复力,回复力是按力的作用效果命名的.,2.来源:,物体在振动方向上的合力.,3.公式:,“-” 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.,(1)大小:,一、简谐运动的回复力,(2)方向: 总是指向平衡位置.,如果质点所受的回复力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置 (即与位移方向相反),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.简谐运动的动力学特点,5.简谐运动的运动学特点,一、简谐运动的回复力,如图所示，某一时刻弹簧振子的小球运动到平衡位置右侧，距平衡位置0点3cm处的B点，已知小球的质量为1kg，小球离开平衡位置的最大距离为5cm，弹簧的劲度系数为200N/m，求： (1)最大回复力的大小是多少？,(2)在B点时小球受到的回复力的大小和方向？,(3)此时小球的加速度大小和方向？,(4)小球的运动方向怎样？,思考,6.简谐运动中x F a v的变化规律,OC,最大,向右,向左,向右,最大,向左,最大,向右,0,减小,增大,减小,向左,减小,减小,增大,向右,向右,向右,0,0,0,最大,向右,增大,增大,向左,向右,增大,向左,减小,向右,最大,向右,最大,向左,最大,向左,0,减小,向右,减小,减小,向左,向左,增大,向左,0,0,0,最大,向左,增大,增大,向右,向左,振,物理量,变,化,规,律,子,位,置,简谐运动中振子的受力及运动情况分析,(1)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。 (2)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。,简谐运动的加速度大小和方向都随时间做周期性的变化，所以 简谐运动是变加速运动.,思考：在简谐运动过程中，振子能量变化情况如何?,OB,振,物理量,变,化,规,律,子,位,置,二.简谐运动的能量,思考：在简谐运动过程中，振子能量变化情况如何？,OB,振,物理量,变,化,规,律,子,位,置,二.简谐运动的能量,简谐运动的能量由劲度系数和振幅决定.劲度系数越大,振幅越大，振动的能量越大.,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.,3 简谐运动的回复力和能量 小结,一、简谐运动的回复力,F=-kx,1.回复力:振动物体受到的总是指向平衡位置的力.,是物体在振动方向上的合外力.,二.简谐运动的能量,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.,2.简谐运动,动力学特点：,运动学特点：,判断物体是否做简谐运动的方法： (1)运动学法：振动图像; (2)动力学法：F=- kx.,思考题： 竖直方向振动的弹簧振子所做的振动是简谐运动吗?,证明:竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动,证明: 竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动,证明步骤： 1.找平衡位置0; 2.找回复力F ; 3.找F、x大小关系; 4.找F、x方向关系.,证明:平衡状态时有: mg=-kx0 当向下拉动x长度时弹簧所受的 合外力为 F=-k(x+x0)+mg =-kx-kx0+mg =-kx (符合简谐运动的公式),例1: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2: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（ ）,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,CD,例4: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5:如图是质点做简谐振动的图像,由此可知: At=0时，质点的位移、速度均为零 Bt=1s时，质点的位移为正向最大，速度为零，加速度为负向最大 Ct=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,练1:作简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，一定相同的物理量是（ ） A.速度 B.位移 C.回复力 D.加速度,BCD,练2: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3:如图所示,是一弹簧振子,设向右方向为正,0为平衡位置，则 ( ) AA0位移为负值，速度为正值 B0B时,位移为正值,加速度为负值 CB0时,位移为负值,速度为负值 D0A时,位移为负值,加速度为正值,ABD,练4:一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,
展开阅读全文