物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 第3節(jié) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量 新人教版選修3-4

《物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 第3節(jié) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量 新人教版選修3-4》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 第3節(jié) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量 新人教版選修3-4（31頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、物 理選修選修3-4 人教版人教版第十一章機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)第三節(jié)第三節(jié) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中回復(fù)力的特點(diǎn)掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中回復(fù)力的特點(diǎn)對(duì)水平彈簧振子能定量的說明彈性勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化對(duì)水平彈簧振子能定量的說明彈性勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化1 1課前預(yù)習(xí)課前預(yù)習(xí)2 2課內(nèi)探究課內(nèi)探究3 3素養(yǎng)提升素養(yǎng)提升4 4課堂達(dá)標(biāo)課堂達(dá)標(biāo)5 5課時(shí)作業(yè)課時(shí)作業(yè)課課 前前 預(yù)預(yù) 習(xí)習(xí) 1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)定義 如果_所受的力與它偏離平衡位置的位移大小成_，并且總是指向_，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。 2回復(fù)力簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn) 正比正比 平衡位置平衡位置 項(xiàng)目項(xiàng)目?jī)?nèi)容內(nèi)容

2、定義定義振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)受到的總能使其回到振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)受到的總能使其回到_的力的力方向方向總是指向總是指向_表達(dá)式表達(dá)式F_效果效果總是要把物體拉回到總是要把物體拉回到_平衡位置平衡位置 平衡位置平衡位置 kx 平衡位置平衡位置 1振動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)與能量的關(guān)系 (1)振子的速度與動(dòng)能：速度不斷_，動(dòng)能也在不斷_。 (2)彈簧形變量與勢(shì)能：彈簧形變量在_，因而勢(shì)能也在_。 2簡(jiǎn)諧振動(dòng)的能量 振動(dòng)系統(tǒng)的能量一般指振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能。振動(dòng)的過程就是動(dòng)能和勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化的過程。 (1)在最大位移處，_最大，_為零； (2)在平衡位置處，_最大，_最小；簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量變化變化 變化變化 變化變化 變化變化

3、勢(shì)能勢(shì)能 動(dòng)能動(dòng)能 動(dòng)能動(dòng)能 勢(shì)能勢(shì)能 (3)在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能_(選填“守恒”或“減小”)，而在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中都有一定的能量損耗，因此簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的模型。 3決定能量大小的因素 振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能跟_有關(guān)，_越大，機(jī)械能就越大，振動(dòng)越強(qiáng)。對(duì)于一個(gè)確定的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是_(選填“等幅”或“減幅”)振動(dòng)。守恒守恒 振幅振幅 振幅振幅 等幅等幅 判一判 (1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力可以是恒力。() (2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)平衡位置就是質(zhì)點(diǎn)所受合力為零的位置。() (3)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，振幅越大其振動(dòng)的能量就越大。() (4)回復(fù)力的方向總是跟位移的方向相反。() (5)彈簧振子在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒。(

4、) 選一選 (遼寧省沈陽(yáng)市郊聯(lián)體20172018學(xué)年高二上學(xué)期期末)把一個(gè)小球套在光滑細(xì)桿上，球與輕彈簧相連組成彈簧振子，小球沿桿在水平方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，它圍繞平衡位置O在A、B間振動(dòng)，如圖所示，下列結(jié)論正確的是()C A小球在小球在O位置時(shí)，動(dòng)能最小，加速度最小位置時(shí)，動(dòng)能最小，加速度最小B小球在小球在A、B位置時(shí)，動(dòng)能最大，加速度最大位置時(shí)，動(dòng)能最大，加速度最大C小球從小球從A經(jīng)經(jīng)O到到B的過程中，回復(fù)力先做正功，后做負(fù)功的過程中，回復(fù)力先做正功，后做負(fù)功D小球從小球從B到到O的過程中，振動(dòng)的能量不斷減小的過程中，振動(dòng)的能量不斷減小 解析：振子經(jīng)過平衡位置時(shí)，速度最大，位移為零，所以經(jīng)過平衡

5、位置動(dòng)能最大，回復(fù)力為零，加速度為零，故A錯(cuò)誤；在A、B位置時(shí)，速度為零，位移最大，回復(fù)力最大，加速度最大，故B錯(cuò)誤；由于回復(fù)力指向平衡位置，所以振子從A經(jīng)O到B的過程中，回復(fù)力先做正功，后做負(fù)功，故C正確；振子的動(dòng)能和彈簧的勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，且總量保持不變，即振動(dòng)的能量保持不變，故D錯(cuò)誤。 想一想 彈簧下面掛一小鋼球如圖所示，它所受的力與位移的關(guān)系也滿足Fkx嗎？x為彈簧的形變量嗎？它振動(dòng)的回復(fù)力由哪個(gè)力提供？是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)嗎？ 答案：滿足；不是；由彈簧彈力和重力的合力提供；是 解析：設(shè)振子的平衡位置為O，向下為正方向，此時(shí)彈簧已伸長(zhǎng)了x0 設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k，由平衡條件得kx0mg 當(dāng)振子偏離平

6、衡位置距離為x時(shí) F回mgk(xx0) 由得F回kx， 所以該振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。課課 內(nèi)內(nèi) 探探 究究 右圖為水平彈簧振子的模型，則： (1)振子在運(yùn)動(dòng)過程中所受的合力有什么特點(diǎn)？ (2)振子所受的合力產(chǎn)生了什么效果？ 提示：(1)振子所受的合力總是指向平衡位置。 (2)合力的效果總是把振子拉回到平衡位置。探究一對(duì)回復(fù)力和加速度的理解探究一對(duì)回復(fù)力和加速度的理解 1回復(fù)力的來源 (1)回復(fù)力是指將振動(dòng)的物體拉回到平衡位置的力，是按照力的作用效果來命名的，分析物體的受力時(shí)，不分析回復(fù)力。 (2)回復(fù)力可以由某一個(gè)力提供(如彈力、摩擦力等)，也可能是幾個(gè)力的合力，還可能是某一力的分力，歸納起來回復(fù)力

7、一定等于物體在振動(dòng)方向上所受的合力。 2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力 (1)表達(dá)式：Fkx。 由Fkx知，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力大小與振子的位移大小成正比，回復(fù)力的方向與位移的方向相反，即回復(fù)力的方向總是指向平衡位置。 公式Fkx中k指的是回復(fù)力與位移間的比例系數(shù)，而不一定是彈簧的勁度系數(shù)，系數(shù)k由振動(dòng)系統(tǒng)自身決定。物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列敘述中正確的是() A平衡位置就是回復(fù)力為零的位置 B處于平衡位置的物體，一定處于平衡狀態(tài) C物體到達(dá)平衡位置，合力一定為零 D物體到達(dá)平衡位置，回復(fù)力不一定為零 解題指導(dǎo)：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中回復(fù)力不一定是物體受到的合外力。例如彈簧振子受到的回復(fù)力是合外力，單擺(后面學(xué)習(xí))則不是。A

8、解析：由回復(fù)力及平衡位置的定義可知，振子處于平衡位置時(shí)回復(fù)力為零，選項(xiàng)A正確D錯(cuò)誤；物體停在平衡位置時(shí)處于平衡狀態(tài)，物體振動(dòng)至平衡位置時(shí)不一定處于平衡狀態(tài)，合力不一定為零，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤。 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1對(duì)于彈簧振子的回復(fù)力與位移的關(guān)系圖象，下列圖象中正確的是() 解析：根據(jù)公式Fkx，可判斷回復(fù)力與位移的關(guān)系圖線是一條直線，斜率為負(fù)值，故選項(xiàng)C正確。C 如圖所示，一彈簧振子在A、B間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，平衡位置為O，已知振子的質(zhì)量為M。 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量取決于_，本題中物體振動(dòng)時(shí)_能和_能相互轉(zhuǎn)化，總_守恒。探究二對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)能量的認(rèn)識(shí)探究二對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)能量的認(rèn)識(shí)振幅振幅 動(dòng)動(dòng) 彈性勢(shì)彈性勢(shì) 機(jī)械能機(jī)械能 1

9、決定因素 對(duì)于一個(gè)確定的振動(dòng)系統(tǒng)，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量由振幅決定，振幅越大，系統(tǒng)的能量越大。 2能量獲得 開始振動(dòng)系統(tǒng)的能量是通過外力做功由其他形式的能轉(zhuǎn)化來的。 3能量轉(zhuǎn)化 當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)自由振動(dòng)后，如果不考慮阻力作用，系統(tǒng)只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒。 4理想化模型 a從力的角度分析，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)沒考慮摩擦阻力。b.從能量轉(zhuǎn)化角度分析，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)沒考慮因阻力做功能量損耗。 特別提醒：因?yàn)閯?dòng)能和勢(shì)能是標(biāo)量，所以： (1)在振動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能間完成兩次周期性變化，經(jīng)過平衡位置時(shí)動(dòng)能最大，勢(shì)能最小；經(jīng)過最大位移處時(shí)，勢(shì)能最大，動(dòng)能最??； (2)振子運(yùn)動(dòng)經(jīng)過平衡位置兩側(cè)的對(duì)稱點(diǎn)時(shí)，具有相等的動(dòng)

10、能和相等的勢(shì)能。(多選)如圖所示，一彈簧振子在A、B間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，平衡位置為O，已知振子的質(zhì)量為M，若振子運(yùn)動(dòng)到B處時(shí)將一質(zhì)量為m的物體輕放到M的上面，且m和M間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)地一起振動(dòng)，下列敘述正確的是() A振幅不變B振幅減小 C最大動(dòng)能不變D最大動(dòng)能減少 解題指導(dǎo)：同一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的能量只由振幅決定，若振幅不變，振動(dòng)系統(tǒng)的能量不變，當(dāng)位移最大時(shí)系統(tǒng)的能量體現(xiàn)為勢(shì)能，動(dòng)能為零；當(dāng)處于平衡位置時(shí)勢(shì)能最小，動(dòng)能最大。這兩點(diǎn)是解決此類問題的突破口。AC 解析：m在最大位移處輕放在M上，說明m剛放上時(shí)動(dòng)能為0，m放上前后振幅沒改變，振動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械能總量不變。振子運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度恰為0，此時(shí)放上m，系統(tǒng)的總

11、能量即為此時(shí)彈簧儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能，由于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒，所以振幅保持不變。因此選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤。由于機(jī)械能守恒，最大動(dòng)能不變，所以選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2下圖為某個(gè)彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象，由圖象可知 () A由于在0.1s末振幅為零，所以振子的振動(dòng)能量為零 B在0.2s末振子具有最大勢(shì)能 C在0.4s末振子具有的勢(shì)能尚未達(dá)到最大值 D在0.4s末振子的動(dòng)能最大 解析：簡(jiǎn)諧振動(dòng)的能量是守恒的，故A、C錯(cuò)；0.2秒末、0.4秒末位移最大，動(dòng)能為零，勢(shì)能最大，故B對(duì)，D錯(cuò)。B素素 養(yǎng)養(yǎng) 提提 升升判斷振動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的方法判斷振動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的方法一個(gè)質(zhì)量為m，側(cè)面積為S的正方形木塊放在水面上靜止(平衡)，如圖所示。現(xiàn)用力向下將其壓入水中一小距離后撤掉外力，木塊在水面上下振動(dòng)，試判斷木塊的振動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。解析：解析：以木塊為研究對(duì)象，設(shè)靜止時(shí)木塊浸入水中以木塊為研究對(duì)象，設(shè)靜止時(shí)木塊浸入水中x深，當(dāng)木塊再被壓入深，當(dāng)木塊再被壓入水中水中x后所受力如圖所示，后所受力如圖所示，則則F回回mgF浮浮，又，又F浮浮gS(xx)。由以上兩式，得由以上兩式，得F回回mggS(xx)mggSxgSx。mggSx，F(xiàn)回回gSx。即。即F回回kx，(kgS)。即木塊做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。即木塊做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。答案：答案：是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)