2-3簡諧運動的回復(fù)力和能量(人教版2019選擇性必修第一冊)(原卷版)

第二章機械運動第3節(jié)簡諧運動的回復(fù)力和能量重點+難點核心素養(yǎng)解讀1．掌握簡諧運動的動力學(xué)特征，明確回復(fù)力的概念.2.知道簡諧運動是一種沒有能量損耗的理想情況.3.會分析簡諧運動在一次全振動過程中，位移、回復(fù)力、加速度、速度、動能、勢能的變化情況．1.物理觀念：簡諧運動的回復(fù)力的概念。2.科學(xué)思維：應(yīng)用動力學(xué)、能量觀點處理簡諧運動中位移、回復(fù)力、加速度、速度、動能、勢能的變化規(guī)律。知識點一簡諧運動的回復(fù)力1．回復(fù)力(1)定義：使振動物體回到的力．(2)方向：總是指向．(3)表達式：F＝.2．簡諧運動如果物體在運動方向上所受的力與它偏離平衡位置的大小成，并且總是指向平衡位置，質(zhì)點的運動就是簡諧運動．知識點二簡諧運動的能量1．能量轉(zhuǎn)化彈簧振子運動的過程就是和互相轉(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?。?．能量特點在簡諧運動中，振動系統(tǒng)的機械能，而在實際運動中都有一定的能量損耗，因此簡諧運動是一種的模型．易錯易混點一簡諧運動的回復(fù)力易錯易混點1.1對回復(fù)力是效果力認(rèn)識不清。例1．(多選)關(guān)于回復(fù)力，下列說法中正確的是()A.回復(fù)力是指物體離開平衡位置時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)力可能是某幾個力的合力，也可能是某一個力的分力D.振動物體在平衡位置時，其所受合力為零易錯易混點1.1剖析回復(fù)力是根據(jù)力的作用效果命名的，它可以是一個力，也可以是多個力的合力，還可以由某個力的分力提供。例如：如圖甲所示，水平方向的彈簧振子，彈力充當(dāng)回復(fù)力；如圖乙所示，豎直方向的彈簧振子，彈力和重力的合力充當(dāng)回復(fù)力；如圖丙所示，m隨M一起振動，m的回復(fù)力則由靜摩擦力充當(dāng)。易錯易混點1.2對簡諧運動的判斷方法認(rèn)識不清。例2．一質(zhì)量為m，側(cè)面積為S的正方體木塊，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段深度后(未全部浸沒)撤掉外力，木塊在水面上下振動，試判斷木塊的振動是否為簡諧運動．易錯易混點1.2剖析物體做簡諧運動的判斷方法(1)簡諧運動的回復(fù)力滿足F＝－kx；(2)簡諧運動的振動圖像是正弦曲線．易錯易混點二簡諧運動的能量易錯易混點2.1簡諧運動的機械能例3．如圖所示，一水平彈簧振子在A、B間做簡諧運動，平衡位置為O，已知振子的質(zhì)量為M.(1)簡諧運動的能量取決于________，振子振動時動能和________相互轉(zhuǎn)化，總機械能________．(2)振子在振動過程中，下列說法中正確的是________．A．振子在平衡位置，動能最大，彈性勢能最小B．振子在最大位移處，彈性勢能最大，動能最小C．振子在向平衡位置運動時，由于振子振幅減小，故總機械能減小D．在任意時刻，動能與彈性勢能之和保持不變(3)若振子運動到B處時將一質(zhì)量為m的物體放到M的上面，且m和M無相對滑動而一起運動，下列說法正確的是________．A．振幅不變 B．振幅減小C．最大動能不變 D．最大動能減小易錯易混點2.1剖析1.如果摩擦阻力造成的損耗可以忽略，在彈簧振子運動到任意位置時，系統(tǒng)的動能與勢能之和都是一定的，即機械能守恒。2.簡諧運動的機械能由振幅決定對同一振動系統(tǒng)來說，振幅越大，振動的能量越大。如果沒有能量損耗，振幅保持不變，它將永不停息地振動下去，因此簡諧運動又稱等幅振動。3.實際的運動都有一定的能量損耗，所以簡諧運動是一種理想化的模型。易錯易混點2.2簡諧運動中各物理量的變化例4.如圖所示為做簡諧運動物體的振動圖像，由圖可知()A．0～0.5s時間內(nèi)，物體的加速度從零變?yōu)檎蜃畲驜．0.5～1.0s時間內(nèi)，物體所受回復(fù)力從零變?yōu)檎蜃畲驝．1.0～1.5s時間內(nèi)，物體的速度從零變?yōu)檎蜃畲驞．1.5～2.0s時間內(nèi)，物體的動量從零變?yōu)檎蜃畲笠族e易混點2.2剖析分析簡諧運動中各物理量變化情況的技巧(1)分析簡諧運動中各物理量的變化情況時，一定要以位移為橋梁，位移增大時，振動質(zhì)點的回復(fù)力、加速度、勢能均增大，速度、動能均減?。环粗?，則產(chǎn)生相反的變化．另外，各矢量均在其值為零時改變方向．(2)分析過程中要特別注意簡諧運動的周期性和對稱性．位移相同時，回復(fù)力、加速度、動能、勢能可以確定，但速度可能有兩個方向，由于周期性，運動時間也不確定．針對訓(xùn)練1．（2022·全國·高二課時練習(xí)）下列關(guān)于振動物體所受回復(fù)力的說法正確的是（）A．回復(fù)力是指物體受到的指向平衡位置的力 B．回復(fù)力是指物體所受的合外力C．回復(fù)力只可能是彈力 D．回復(fù)力可以做功2．（2022·北京·臨川學(xué)校高二期中）做簡諧運動的物體，相鄰二次通過同一位置時，以下物理量不一定相同的是（）A．速度 B．加速度 C．動能 D．回復(fù)力3．（2022·全國·高一課時練習(xí)）做簡諧運動的物體，回復(fù)力和位移的關(guān)系圖是（）A． B．C． D．4．（2021·上海閔行區(qū)協(xié)和雙語教科學(xué)校高一期中）如圖，點為彈簧振子的平衡位置，小球在間做無摩擦的往復(fù)運動。則小球由運動到點的過程中小球的（）A．速度增大 B．速度減小 C．速度不變 D．加速度增大5．（2022·全國·高三課時練習(xí)）某彈簧振子沿x軸的簡諧運動圖像如圖所示，下列描述正確的是（）A．t=1s時，振子的速度為零，加速度為負(fù)的最大值B．t=2s時，振子的速度為負(fù)，加速度為正的最大值C．t=3s時，振子的速度為負(fù)的最大值，加速度為零D．t=4s時，振子的速度為正，加速度為負(fù)的最大值6．（2022·江蘇省揚中高級中學(xué)高一開學(xué)考試）如圖甲，用力傳感器研究橡皮繩中拉力的大小隨時間變化情況。向下拉小球然后釋放，小球沿豎直方向運動，某段時間內(nèi)采集到的信息如圖乙所示，則（

）A．t2～t3時間內(nèi)小球向上運動，速度不斷增大B．t3～t4時間內(nèi)小球向下運動，加速度不斷增大C．t4～t5時間內(nèi)小球向上運動，速度不斷增大D．t5～t6時間內(nèi)小球向下運動，加速度保持不變7．（2022·全國·高三課時練習(xí)）彈簧振子的質(zhì)量為M，彈簧勁度系數(shù)為k，在振子上放一質(zhì)量為m的木塊，使它們一起在光滑水平面上運動，如圖所示。木塊的回復(fù)力F也滿足，x為離開平衡位置的位移，那么為（??）A． B．C． D．8．（2023·全國·高三專題練習(xí)）一質(zhì)點做簡諧運動的圖像如圖所示，下列說法正確的是（）A．質(zhì)點的振動頻率是4Hz B．0～10s內(nèi)質(zhì)點經(jīng)過的路程是20cmC．在時質(zhì)點的速度為0 D．在和兩時刻，質(zhì)點的位移相同9．（多選）（2022·安徽省臨泉第一中學(xué)高三開學(xué)考試）如圖甲所示的彈簧振子，做簡諧振動從某一時刻開始計時，規(guī)定豎直向上為正方向，彈簧對小球的彈力與運動時間的關(guān)系如圖乙所示，重力加速度為g，根據(jù)圖像所給的信息分析，下列說法正確的是（）A．乙圖從小球處在平衡位置開始計時 B．小球的質(zhì)量為C．簡諧振動的周期為 D．彈簧對小球彈力的最小值為10．（多選）（2022·浙江·模擬預(yù)測）如圖甲所示，輕質(zhì)彈簧下端固定在水平地面上，上端連接一輕質(zhì)薄板。t=0時刻，一物塊從其正上方某處由靜止下落，落至薄板上后和薄板始終粘連，其位置隨時間變化的圖像（x?t）如圖乙所示，其中t=0.2s時物塊剛接觸薄板。彈簧形變始終在彈性限度內(nèi)，空氣阻力不計，則（）A．t=0.2s后物塊做簡諧運動B．t=0.4s時物塊的加速度大于重力加速度C．若增大物塊自由下落的高度，則物塊與薄板粘連后振動的周期增大D．t=0.2s后物塊坐標(biāo)位置隨時間變化關(guān)系為11．（多選）（2022·北京市十一學(xué)校高一期末）某一沿水平方向做簡諧運動的彈簧振子，其位移-時間圖像如圖所示。下列說法正確的是（

）A．若在時間內(nèi)，彈簧的彈力對振子做的功為0，則一定是的整數(shù)倍B．若在時間內(nèi)，振子運動的路程為A，則可能小于C．若在時間內(nèi)，振子運動的路程為s，則s可能等于D．若在時間內(nèi)，要使振子在時刻的速度等于其在時刻的速度，則一定是T的整數(shù)倍12．（多選）（2022·全國·高三專題練習(xí)）如圖所示，一個輕質(zhì)彈簧下端掛一小球，小球靜止。現(xiàn)將小球向下拉動距離A后由靜止釋放，并開始計時，小球在豎直方向做簡諧運動，周期為T。則（）A．經(jīng)時間，小球從最低點向上運動的距離大于B．經(jīng)時間，小球從最低點向上運動的距離小于C．在時刻，小球的動能最大D．在時刻，小球的動能最小13．（2021·江蘇·金沙中學(xué)高二階段練習(xí)）如圖所示，一輕質(zhì)彈簧的上端固定在光滑斜面頂部，下端栓接小球A，A通過一段細(xì)線與小球B相連，兩球均靜止。某時刻，將細(xì)線燒斷。已知斜面的傾角為且固定在水面上，A、B的質(zhì)量分別為、，彈簧的勁度系數(shù)為k，重力加速度為g，空氣阻力可忽略不計。（1）A運動的平衡位置（2）A運動的振幅；（3）證明A的運動是簡諧運動；14．（2022·全國·高二課時練習(xí)）如圖所示，裝有砂粒的試管豎直浮于水面上靜止。將試管豎直提起少許后由靜止釋放，可以觀察到試管上下振動。試判斷這種振動是否為簡諧運動，表述論證的思路。15．（2022·北京市十一學(xué)校高一期末）如圖所示，將質(zhì)量為的物體