高中物理 第11章 第3節(jié)簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量課件 新人教版選修34

成才之路成才之路 物理物理路漫漫其修遠(yuǎn)兮路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索吾將上下而求索人教版人教版 選修選修3-4 機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)第十一章第十一章第三節(jié)簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量第三節(jié)簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量第十一章第十一章學(xué)習(xí)目標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1課堂情景切入課堂情景切入2知識(shí)自主梳理知識(shí)自主梳理3重點(diǎn)難點(diǎn)突破重點(diǎn)難點(diǎn)突破4考點(diǎn)題型設(shè)計(jì)考點(diǎn)題型設(shè)計(jì)5課后強(qiáng)化作業(yè)課后強(qiáng)化作業(yè)6學(xué)習(xí)目標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)定位掌握簡諧運(yùn)動(dòng)中回復(fù)力的特點(diǎn)掌握簡諧運(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)化課堂情景切入課堂情景切入做圓周運(yùn)動(dòng)的物體總是圍著中心轉(zhuǎn)而不是沿直線飛出去，因?yàn)樗艿搅讼蛐牧Φ淖饔?。做簡諧運(yùn)動(dòng)的物體總是以平衡位置為中心往復(fù)振動(dòng)。它的受力又有何“與眾不同”之處呢？知識(shí)自主梳理知識(shí)自主梳理1簡諧運(yùn)動(dòng)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)就是簡諧運(yùn)動(dòng)。2回復(fù)力使振動(dòng)物體回到_的力。3回復(fù)力的作用效果把物體拉回到_。簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力簡諧運(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平衡位置平衡位置平衡位置平衡位置4回復(fù)力的方向總是指向_。5回復(fù)力的表達(dá)式F_，即回復(fù)力與物體的位移大小成_，負(fù)號(hào)表明回復(fù)力與位移方向_，k是常數(shù)。對(duì)于彈簧振子，k為彈簧的_。平衡位置平衡位置kx正比正比始終相反始終相反勁度系數(shù)勁度系數(shù)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_。簡諧運(yùn)動(dòng)的能量簡諧運(yùn)動(dòng)的能量變化變化變化變化變化變化變化變化2簡諧振動(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??；(3)在簡諧運(yùn)動(dòng)中，振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能_(選填“守恒”或“減小”)，因此簡諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的模型。勢(shì)能勢(shì)能動(dòng)能動(dòng)能動(dòng)能動(dòng)能勢(shì)能勢(shì)能守恒守恒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)確定的簡諧運(yùn)動(dòng)是_(選填“等幅”或“減幅”)振動(dòng)。振幅振幅振幅振幅等幅等幅重點(diǎn)難點(diǎn)突破重點(diǎn)難點(diǎn)突破一、回復(fù)力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)力一定等于物體在振動(dòng)方向上所受的合力。2簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力Fkx。(1)由Fkx知，簡諧運(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。(2)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。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()答案：C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。二、對(duì)簡諧運(yùn)動(dòng)能量的認(rèn)識(shí)1決定因素對(duì)于一個(gè)確定的振動(dòng)系統(tǒng)，簡諧運(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，簡諧運(yùn)動(dòng)沒考慮摩擦阻力。b.從能量轉(zhuǎn)化角度分析，簡諧運(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??；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)能和相等的勢(shì)能。(海岳中學(xué)20132014學(xué)年高二下學(xué)期檢測(cè))如圖所示，一彈簧振子在A、B間做簡諧運(yùn)動(dòng)，平衡位置為O，已知振子的質(zhì)量為M。(1)簡諧運(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。(2)關(guān)于振子的振動(dòng)過程有以下說法，其中正確的是()A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D在任意時(shí)刻，動(dòng)能與勢(shì)能之和保持不變答案：(1)振幅動(dòng)彈性勢(shì)機(jī)械能(2)ABD解析：(1)簡諧運(yùn)動(dòng)的能量取決于振幅，本題中物體振動(dòng)時(shí)動(dòng)能和彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能守恒。(2)振子在平衡位置兩側(cè)往復(fù)振動(dòng)，在最大位移處速度為零，動(dòng)能為零，此時(shí)彈簧的形變量最大，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A正確；振幅的大小與振子的位置無關(guān)，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤?？键c(diǎn)題型設(shè)計(jì)考點(diǎn)題型設(shè)計(jì)對(duì)回復(fù)力的理解對(duì)回復(fù)力的理解Am做簡諧運(yùn)動(dòng)，OCOBBm做簡諧運(yùn)動(dòng)，OCOBC回復(fù)力FkxD回復(fù)力F3kx解析：物體m離開平衡位置時(shí)所受的指向平衡位置的回復(fù)力F(k1xk2x)3kx，符合簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力特點(diǎn)，因此物體m以O(shè)為平衡位置做簡諧運(yùn)動(dòng)，所以O(shè)COB，故A、D正確，B、C錯(cuò)誤。答案：AD點(diǎn)評(píng)：此題易誤選BC。認(rèn)為振子兩邊彈簧的勁度系數(shù)不同，因此做簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，左、右最大位移不對(duì)稱，即OCOB，誤選B。認(rèn)為物體做簡諧運(yùn)動(dòng)的條件是物體所受回復(fù)力為Fkx，因此誤選C。造成這些錯(cuò)誤的原因，都是“想當(dāng)然”，沒有用所學(xué)知識(shí)加以分析造成的。在Fkx中，k為比例系數(shù)不一定為彈簧的勁度系數(shù)。關(guān)于回復(fù)力，下列說法正確的是()A回復(fù)力是指物體離開平衡位置時(shí)受到的指向平衡位置的力B回復(fù)力是按力的作用效果命名的，它可能由彈力提供，也可能由摩擦力提供C回復(fù)力可能是某幾個(gè)力的合力，也可能是某一個(gè)力的分力D振動(dòng)物體在平衡位置時(shí)，其所受合力為零答案：ABC解析：回復(fù)力是物體受到的指向平衡位置的力，F(xiàn)kx，A正確；回復(fù)力按效果命名，由物體受到的某種性質(zhì)的力來提供，或者由物體所受合力提供，B正確；回復(fù)力可能由幾個(gè)力的合力來提供，也可能由某個(gè)力的分力或合力的分力提供，C正確；物體在平衡位置時(shí)，回復(fù)力為零，但合力不一定為零，D錯(cuò)誤。簡諧運(yùn)動(dòng)的能量簡諧運(yùn)動(dòng)的能量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)的總能量即為此時(shí)彈簧儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能，由于簡諧運(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。答案：AC點(diǎn)評(píng)：同一簡諧運(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。如圖所示是彈簧振子做簡諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖象，可以判定()A從t1到t2時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)的動(dòng)能不斷增大，勢(shì)能不斷減小B從t2到t3時(shí)間內(nèi)振幅不斷增大Ct3時(shí)刻振子處于平衡位置處，動(dòng)能最大Dt1、t4時(shí)刻振子的動(dòng)能、速度都相同答案：AC解析：t1到t2時(shí)間內(nèi)，x減小，彈力做正功，系統(tǒng)的動(dòng)能不斷增大，勢(shì)能不斷減小，A正確；振幅是離開平衡位置的最大位移，從t2到t3，變化的是位移而不是振幅，B錯(cuò)誤；t3時(shí)刻振子位移為零，速度最大，動(dòng)能最大，C正確；t1、t4時(shí)刻位移相同，即處于同一位置，速度等大反向，動(dòng)能相同，D錯(cuò)誤。開放開放探究探究(1)實(shí)驗(yàn)表明了什么？(2)如果將勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力投影到直徑上，試證明直徑上Fkx。解析：(1)小球與振子的影子的運(yùn)動(dòng)始終重合，表明小球的影子與振子運(yùn)動(dòng)形式相同，即：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在直徑上的投影的運(yùn)動(dòng)是簡諧運(yùn)動(dòng)。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？是簡諧運(yùn)動(dòng)嗎？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)是簡諧運(yùn)動(dòng)。