《物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 第3課時(shí) 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課時(shí) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量 新人教版選修3-4（19頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第第3課時(shí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量課時(shí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量研究選考研究選考把握考情把握考情知識(shí)知識(shí)內(nèi)容內(nèi)容簡(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)力和能量考試要求考試要求加試加試b教學(xué)教學(xué)要求要求1.知道彈簧振子中小球的受力特點(diǎn)知道彈簧振子中小球的受力特點(diǎn)2.知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力及其表達(dá)式知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力及其表達(dá)式3.知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的振動(dòng)知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的振動(dòng)4.會(huì)定性分析位移、速度、加速度、回復(fù)力、動(dòng)能、勢(shì)能及機(jī)械能的變化情況。會(huì)定性分析位移、速度、加速度、回復(fù)力、動(dòng)能、勢(shì)能及機(jī)械能的變化情況。說明說明1.不要求定量討論速度和加速度的變化不要求定量討論速度和加速度的變化2.
2、不要求根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力的表達(dá)式證明物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)不要求根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力的表達(dá)式證明物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力知識(shí)點(diǎn)一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 梳梳 理理1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)定義：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)定義：如果如果_所所受的力與它偏離平衡位置位移的大小受的力與它偏離平衡位置位移的大小成成_，并且總是并且總是指向指向_，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。2.回復(fù)力：由于力的方向總是回復(fù)力：由于力的方向總是指向指向_ ，它的作用總是要把物體拉回它的作用總是要把物體拉回到到_ ，所以通常把這個(gè)力稱為回復(fù)力。所以通常把這個(gè)力稱為回復(fù)力。3.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力與位移的關(guān)系：簡(jiǎn)諧運(yùn)
3、動(dòng)的回復(fù)力與位移的關(guān)系：F_，式中式中k是是_ 。質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)正比正比平衡位置平衡位置平衡位置平衡位置平衡位置平衡位置-kx比例系數(shù)比例系數(shù)1.對(duì)回復(fù)力的理解對(duì)回復(fù)力的理解(1)回復(fù)力是指將振動(dòng)物體拉回到平衡位置的力，它可以是物體所受的合外力，回復(fù)力是指將振動(dòng)物體拉回到平衡位置的力，它可以是物體所受的合外力，也可以是一個(gè)力或某一個(gè)力的分力，而不是一種新的性質(zhì)力。也可以是一個(gè)力或某一個(gè)力的分力，而不是一種新的性質(zhì)力。(2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力：Fkx。k是比例系數(shù)，并非彈簧的勁度系數(shù)是比例系數(shù)，并非彈簧的勁度系數(shù)(水平彈簧振子中水平彈簧振子中k為彈簧的勁度系數(shù)為彈簧的勁度系數(shù))，其，其
4、值由振動(dòng)系統(tǒng)決定，與振幅無關(guān)。值由振動(dòng)系統(tǒng)決定，與振幅無關(guān)?！啊碧?hào)表示回復(fù)力的方向與偏離平衡位置的位移的方向相反。號(hào)表示回復(fù)力的方向與偏離平衡位置的位移的方向相反。x是指物體對(duì)平衡位置的位移，不一定是彈簧的伸長(zhǎng)量或壓縮量。是指物體對(duì)平衡位置的位移，不一定是彈簧的伸長(zhǎng)量或壓縮量。回復(fù)力的作用總是把物體拉向平衡位置?；貜?fù)力的作用總是把物體拉向平衡位置。要要 點(diǎn)點(diǎn) 精精 講講2.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的加速度簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的加速度【例【例1】 如圖如圖1所示，彈簧振子在光滑水平桿上的所示，彈簧振子在光滑水平桿上的A、B之間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，下列說法正之間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是確的是()A.彈簧振子運(yùn)動(dòng)過程中受重力、支持
5、力和彈簧彈力的作用彈簧振子運(yùn)動(dòng)過程中受重力、支持力和彈簧彈力的作用B.彈簧振子運(yùn)動(dòng)過程中受重力、支持力、彈簧彈力和回復(fù)力的作用彈簧振子運(yùn)動(dòng)過程中受重力、支持力、彈簧彈力和回復(fù)力的作用C.振子由振子由A向向O運(yùn)動(dòng)過程中，回復(fù)力逐漸增大運(yùn)動(dòng)過程中，回復(fù)力逐漸增大D.振子由振子由O向向B運(yùn)動(dòng)過程中，回復(fù)力的方向指向平衡位置運(yùn)動(dòng)過程中，回復(fù)力的方向指向平衡位置圖圖1解析解析回復(fù)力是根據(jù)效果命名的力，不是做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體受到的具體的力，它回復(fù)力是根據(jù)效果命名的力，不是做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體受到的具體的力，它是由物體受到的具體的力所提供的，在此情景中彈簧的彈力充當(dāng)回復(fù)力，故是由物體受到的具體的力所提供的，在此情
6、景中彈簧的彈力充當(dāng)回復(fù)力，故A正確，正確，B錯(cuò)誤；回復(fù)力與位移的大小成正比，由錯(cuò)誤；回復(fù)力與位移的大小成正比，由A向向O運(yùn)動(dòng)過程中位移的大小在減小，故運(yùn)動(dòng)過程中位移的大小在減小，故此過程回復(fù)力逐漸減小，此過程回復(fù)力逐漸減小，C錯(cuò)誤；回復(fù)力總是指向平衡位置，故錯(cuò)誤；回復(fù)力總是指向平衡位置，故D正確。正確。答案答案AD知識(shí)點(diǎn)二簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量知識(shí)點(diǎn)二簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量1.如果摩擦力等阻力造成的損耗可以忽略，在彈簧振子運(yùn)動(dòng)的任意位置，系統(tǒng)的動(dòng)如果摩擦力等阻力造成的損耗可以忽略，在彈簧振子運(yùn)動(dòng)的任意位置，系統(tǒng)的動(dòng)能與勢(shì)能之和能與勢(shì)能之和都是都是_的的。2.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種種_的的模型。模型。3.簡(jiǎn)
7、諧運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能由振幅決定簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能由振幅決定對(duì)對(duì)同一振動(dòng)系統(tǒng)來說，振幅越大，振動(dòng)的能量越大。如果沒有能量損耗，振幅保同一振動(dòng)系統(tǒng)來說，振幅越大，振動(dòng)的能量越大。如果沒有能量損耗，振幅保持不變，它將永不停息地振動(dòng)下去，因此簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)又稱等幅振動(dòng)。持不變，它將永不停息地振動(dòng)下去，因此簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)又稱等幅振動(dòng)?；?礎(chǔ)礎(chǔ) 梳梳 理理一定一定理想化理想化即即 學(xué)學(xué) 即即 練練如圖如圖2所示，一彈簧振子在所示，一彈簧振子在A、B間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，平衡位置為間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，平衡位置為O，已知振子的質(zhì)量為，已知振子的質(zhì)量為M。圖圖2(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量取決于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量取決于_，物體振動(dòng)時(shí)動(dòng)能和，物體振動(dòng)時(shí)動(dòng)能
8、和_能相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)能相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能械能_。(2)振子在振動(dòng)過程中，下列說法中正確是振子在振動(dòng)過程中，下列說法中正確是()A.振子在平衡位置，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小振子在平衡位置，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小B.振子在最大位移處，勢(shì)能最大，動(dòng)能最小振子在最大位移處，勢(shì)能最大，動(dòng)能最小C.振子在向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于振子振幅減小，故總機(jī)械能減小振子在向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于振子振幅減小，故總機(jī)械能減小D.在任意時(shí)刻，動(dòng)能與勢(shì)能之和保持不變?cè)谌我鈺r(shí)刻，動(dòng)能與勢(shì)能之和保持不變(3)若振子運(yùn)動(dòng)到若振子運(yùn)動(dòng)到B處時(shí)將一質(zhì)量為處時(shí)將一質(zhì)量為m的物體放到的物體放到M的上面，的上面，m與與M無相對(duì)滑動(dòng)而一無相對(duì)滑動(dòng)而一起
9、運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是起運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是()A.振幅不變振幅不變B.振幅減小振幅減小C.最大動(dòng)能不變最大動(dòng)能不變 D.最大動(dòng)能減小最大動(dòng)能減小解析解析(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量取決于振幅，物體振動(dòng)時(shí)動(dòng)能和彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，總簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量取決于振幅，物體振動(dòng)時(shí)動(dòng)能和彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能守恒。機(jī)械能守恒。(2)振子在平衡位置兩側(cè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在最大位移處速度為零，動(dòng)能為零，此時(shí)彈簧振子在平衡位置兩側(cè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在最大位移處速度為零，動(dòng)能為零，此時(shí)彈簧的形變最大，勢(shì)能最大，所以的形變最大，勢(shì)能最大，所以B正確；在任意時(shí)刻只有彈簧的彈力做功，所以機(jī)械正確；在任意時(shí)刻只有彈簧的彈力做功，所以機(jī)械能守恒
10、，能守恒，D正確；到平衡位置處速度達(dá)到最大，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小，所以正確；到平衡位置處速度達(dá)到最大，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小，所以A正確；正確；振幅的大小與振子的位置無關(guān)，所以振幅的大小與振子的位置無關(guān)，所以C錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。(3)振子運(yùn)動(dòng)到振子運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度恰為零，此時(shí)放上點(diǎn)時(shí)速度恰為零，此時(shí)放上m，系統(tǒng)的總能量即為此時(shí)彈簧儲(chǔ)存的，系統(tǒng)的總能量即為此時(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)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，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)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，正確，
11、D錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。答案答案(1)振幅彈性勢(shì)守恒振幅彈性勢(shì)守恒(2)ABD(3)AC知識(shí)點(diǎn)三簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各物理量的變化情況知識(shí)點(diǎn)三簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各物理量的變化情況如如圖圖3所示的彈簧振子所示的彈簧振子要要 點(diǎn)點(diǎn) 精精 講講圖圖3位置位置AAOOOBB位移的大小位移的大小最大最大0最大最大速度的大小速度的大小0最大最大0動(dòng)能動(dòng)能0最大最大0勢(shì)能勢(shì)能最大最大最小最小最大最大總能總能不變不變不變不變不變不變不變不變不變不變【例【例2】 如圖如圖4所示是某一質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象，下列說法正確的是所示是某一質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象，下列說法正確的是()A.在第在第1 s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)速度逐漸增大內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)速度逐漸增大B.在第在
12、第1 s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)加速度逐漸增大內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)加速度逐漸增大C.在第在第1 s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)的回復(fù)力逐漸增大內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)的回復(fù)力逐漸增大D.在第在第4 s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能逐漸增大，勢(shì)能逐漸減小，機(jī)械能保持不變內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能逐漸增大，勢(shì)能逐漸減小，機(jī)械能保持不變圖圖4解析解析在第在第1 s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)由平衡位置向正向最大位移處運(yùn)動(dòng)，速度減小，位移增大，回內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)由平衡位置向正向最大位移處運(yùn)動(dòng)，速度減小，位移增大，回復(fù)力和加速度都增大；在第復(fù)力和加速度都增大；在第4 s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)由負(fù)向最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)，速度增大，內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)由負(fù)向最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)，速度增大，位移減小，動(dòng)能增大，勢(shì)能減小，但機(jī)械能守恒。位移減小，
13、動(dòng)能增大，勢(shì)能減小，但機(jī)械能守恒。答案答案 BCD1.公路上勻速行駛的貨車受到擾動(dòng)，車上貨物隨車廂底板上下振公路上勻速行駛的貨車受到擾動(dòng)，車上貨物隨車廂底板上下振動(dòng)但不脫離底板。一段時(shí)間內(nèi)貨物在豎直方向的振動(dòng)可視為簡(jiǎn)動(dòng)但不脫離底板。一段時(shí)間內(nèi)貨物在豎直方向的振動(dòng)可視為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，周期為諧運(yùn)動(dòng)，周期為T。取豎直向上為正方向，以某時(shí)刻作為計(jì)時(shí)。取豎直向上為正方向，以某時(shí)刻作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，即起點(diǎn)，即t0，其振動(dòng)圖象如圖，其振動(dòng)圖象如圖5所示，則所示，則()圖圖5答案答案C2.沿水平方向振動(dòng)的彈簧振子在做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過程中，下列說法正確的是沿水平方向振動(dòng)的彈簧振子在做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過程中，下列說法正確的是()A
14、.在平衡位置，它的機(jī)械能最大在平衡位置，它的機(jī)械能最大B.在最大位移處，它的彈性勢(shì)能最大在最大位移處，它的彈性勢(shì)能最大C.從平衡位置向最大位移處運(yùn)動(dòng)過程中，它的彈性勢(shì)能減小從平衡位置向最大位移處運(yùn)動(dòng)過程中，它的彈性勢(shì)能減小D.從最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)的過程中，它的機(jī)械能減小從最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)的過程中，它的機(jī)械能減小解析解析彈簧振子在振動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，故彈簧振子在振動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，故A、D錯(cuò)誤；位移越大，彈簧的形變錯(cuò)誤；位移越大，彈簧的形變量越大，彈性勢(shì)能越大，故量越大，彈性勢(shì)能越大，故B正確，正確，C錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。答案答案B3.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
15、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在在A、B間振動(dòng)，如圖間振動(dòng)，如圖6所示，下列結(jié)論正確的是所示，下列結(jié)論正確的是()A.小球在小球在O位置時(shí)，動(dòng)能最大，加速度最小位置時(shí)，動(dòng)能最大，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)力一直做正功的過程中，回復(fù)力一直做正功D.小球從小球從B到到O的過程中，振動(dòng)的能量不斷增加的過程中，振動(dòng)的能量不斷增加解析解析小球在平衡位置時(shí)動(dòng)能最大，加速度為零，因此小球
16、在平衡位置時(shí)動(dòng)能最大，加速度為零，因此A選項(xiàng)正確；小球靠近平衡選項(xiàng)正確；小球靠近平衡位置時(shí)，回復(fù)力做正功；遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)，回復(fù)力做負(fù)功。振動(dòng)過程中總能量不位置時(shí)，回復(fù)力做正功；遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)，回復(fù)力做負(fù)功。振動(dòng)過程中總能量不變，因此選項(xiàng)變，因此選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。答案答案A圖圖64.如圖如圖7為一水平彈簧振子的振動(dòng)圖象，由圖可知為一水平彈簧振子的振動(dòng)圖象，由圖可知()A.在在t1時(shí)刻，振子的動(dòng)能最大，所受的彈力最大時(shí)刻，振子的動(dòng)能最大，所受的彈力最大B.在在t2時(shí)刻，振子的動(dòng)能最大，所受的彈力最小時(shí)刻，振子的動(dòng)能最大，所受的彈力最小C.在在t3時(shí)刻，振子的動(dòng)能最大，所受的彈力最小時(shí)刻，振子的動(dòng)能最大，所受的彈力最小D.在在t4時(shí)刻，振子的動(dòng)能最大，所受的彈力最大時(shí)刻，振子的動(dòng)能最大，所受的彈力最大解析解析t2和和t4是在平衡位置處，是在平衡位置處，t1和和t3是在最大位移處，根據(jù)彈簧振子振動(dòng)的特征，是在最大位移處，根據(jù)彈簧振子振動(dòng)的特征，彈簧振子在平衡位置時(shí)的速度最大，加速度為零，即彈力為零；在最大位移處，彈簧振子在平衡位置時(shí)的速度最大，加速度為零，即彈力為零；在最大位移處，速度為零，加速度最大，即彈力為最大，所以速度為零，加速度最大，即彈力為最大，所以B項(xiàng)正確。項(xiàng)正確。答案答案 B圖圖7
物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 第3課時(shí) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量 新人教版選修3-4
