簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量 課件- 高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊(cè)

2.3簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量思考：當(dāng)我們把彈簧振子的小球拉離平衡位置釋放后，小球就會(huì)在平衡位置附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。小球的受力滿足什么特點(diǎn)才會(huì)做這種運(yùn)動(dòng)呢？系統(tǒng)中各能量間的轉(zhuǎn)化是否具有周期性？一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力1.回復(fù)力甲乙丙QOP（1）定義：做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)受到的總能使其回到平衡位置的力叫回復(fù)力。（2）方向：跟振子偏離平衡位置的位移方向相反，總是指向平衡位置。（3）彈簧振子所受的回復(fù)力F與振子位移x的大小成正比，且合力F的方向總是與位移x的方向相反。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力表達(dá)式：F=

甲乙丙QOP（4）根據(jù)牛頓第二定律得，a＝

＝

，表明彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)振子的加速度大小也與位移大小成正比，加速度方向與位移方向相反。2．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征如果物體在運(yùn)動(dòng)方向上所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成正比，并且總是指向平衡位置，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。（1）當(dāng)物體從最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于v與a的方向一致，物體做加速度越來(lái)越小的加速運(yùn)動(dòng)。（2）當(dāng)物體從平衡位置向最大位移處運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于v與a的方向相反，物體做加速度越來(lái)越大的減速運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是變加速運(yùn)動(dòng)。（2）回復(fù)力一定等于物體在振動(dòng)方向上所受的合力，但是不一定等于物體所受的合外力。分析物體的受力時(shí)，不分析回復(fù)力。（3）公式F＝－kx中的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。特別提醒（1）回復(fù)力是以力的效果命名的，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。例1.

(多選)關(guān)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力，以下說(shuō)法正確的是(

)A．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力不可能是恒力B．做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體的加速度方向與位移方向總是相反C．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中回復(fù)力的公式為F＝－kx，其中k是彈簧的勁度系數(shù)，x是彈簧的長(zhǎng)度D．做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體每次經(jīng)過平衡位置時(shí)合力一定為零AB2.彈簧振子在豎直方向上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，在振子向著平衡位置運(yùn)動(dòng)的過程中(

)A．振子所受的回復(fù)力逐漸增大B．振子離開平衡位置的位移逐漸增大C．振子的速度逐漸增大D．振子的加速度逐漸增大C二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量思考：彈簧振子的勢(shì)能與彈簧的伸長(zhǎng)量有關(guān)，動(dòng)能與小球的速度有關(guān)，彈簧振子的能量變化具有什么規(guī)律呢？1．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量彈簧振子中小球的速度在不斷變化，因而它的動(dòng)能在不斷變化；彈簧的伸長(zhǎng)量或壓縮量在不斷變化，因而它的彈性勢(shì)能也在不斷變化。位置QQ→OOO→PP位移的大小

速度的大小動(dòng)能彈性勢(shì)能機(jī)械能QPOx2．振動(dòng)系統(tǒng)(彈簧振子)的狀態(tài)與能量的關(guān)系（1）遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)，XFaVEKEPE總（2）靠近平衡位置時(shí)，XFaVEKEPE總

（3）在平衡位置處，XFaVEKEPE總

（4）在最大位移處，XFaVEKEPE總

振子運(yùn)動(dòng)的過程就是動(dòng)能和勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化的過程；。說(shuō)明：理論上可以證明，在彈簧振子運(yùn)動(dòng)的任意位置，系統(tǒng)的動(dòng)能與勢(shì)能之和都是一定的，遵守機(jī)械能守恒定律。實(shí)際的運(yùn)動(dòng)都有一定的能量損耗，所以簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的模型。3：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（）A．小球在O位置時(shí)，