高二物理簡諧運(yùn)動的回復(fù)力和能量.ppt

1、高中物理新人教版選修- 4系列課件,11.3簡諧運(yùn)動的回復(fù)力和能量,教學(xué)目標(biāo),一、知識目標(biāo) 1.知道振幅越大，振動的能量(總機(jī)械能)越大；2.對單擺，應(yīng)能根據(jù)機(jī)械能守恒定律進(jìn)行定量計(jì)算；3.對水平的彈簧振子，應(yīng)能定量地說明彈性勢能與動能的轉(zhuǎn)化；4.知道簡諧運(yùn)動的回復(fù)力特點(diǎn)及回復(fù)力的來源。5.知道在什么情況下可以把實(shí)際發(fā)生的振動看作簡諧運(yùn)動。 二、能力目標(biāo) 1.分析單擺和彈簧振子振動過程中能量的轉(zhuǎn)化情況，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。2.通過阻尼振動的實(shí)例分析，提高處理實(shí)際問題的能力。,三、德育目標(biāo) 1.簡諧運(yùn)動過程中能量的相互轉(zhuǎn)化情況，對學(xué)生進(jìn)行物質(zhì)世界遵循對立統(tǒng)一規(guī)律觀點(diǎn)的滲透。 2.振動有

2、多種不同類型說明各種運(yùn)動形式都是普遍性下的特殊性的具體體現(xiàn)。 【教學(xué)重點(diǎn)】 1.對簡諧運(yùn)動中能量轉(zhuǎn)化和守恒的具體分析。 2.什么是阻尼振動。 【教學(xué)難點(diǎn)】 關(guān)于簡諧運(yùn)動中能量的轉(zhuǎn)化。,一、機(jī)械振動 1.定義:物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動. 2.特點(diǎn): 對稱性; 周期性.,二、彈簧振子模型 1.小球看成質(zhì)點(diǎn); 2.忽略彈簧質(zhì)量; 3.忽略阻力.,三、振動圖像(x-t圖象) 橫坐標(biāo)t時(shí)間;縱坐標(biāo)x偏離平衡位置的位移.,復(fù)習(xí)：簡諧運(yùn)動及其描述,位移x:總是從平衡位置指向振子位置.,4、特征值法:振幅; 周期、頻率; 相位. 強(qiáng)弱； 快慢; 步調(diào).,四、簡諧運(yùn)動的描述 1、定義法:位移隨時(shí)間按正弦

3、規(guī)律變化.,3、圖象法:是正弦曲線.,2、公式法：,復(fù)習(xí)：簡諧運(yùn)動及其描述,思考1:彈簧振子為什么會做往復(fù)運(yùn)動?,答:1.存在力;,慣性.,思考2:這個(gè)力有什么特點(diǎn)?,2.總是指向平衡位置.,1.定義:振動物體受到的總是指向平衡位置的力.,一、簡諧運(yùn)動的回復(fù)力,回復(fù)力是按力的作用效果命名的.,2.來源:,物體在振動方向上的合力.,3.公式:,“-” 表示回復(fù)力方向始終與位移方向相反.,(胡克定律),k -彈簧的勁度系數(shù)(常量),x -振子離開平衡位置的位移,簡稱位移, 方向總是背離平衡位置.,(1)大小:,一、簡諧運(yùn)動的回復(fù)力,(2)方向: 總是指向平衡位置.,如果質(zhì)點(diǎn)所受的回復(fù)力與它偏離平衡

4、位置的位移大小成正比，并且總是指向平衡位置 (即與位移方向相反),質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動就是簡諧運(yùn)動.即 回復(fù)力滿足F= -kx 的運(yùn)動就是簡諧運(yùn)動.,注意： 對一般的簡諧運(yùn)動,由于回復(fù)力不一定是彈簧的彈力,所以k不一定是勁度系數(shù)而是回復(fù)力與位移的比例系數(shù).,一、簡諧運(yùn)動的回復(fù)力,4.簡諧運(yùn)動的動力學(xué)特點(diǎn),5.簡諧運(yùn)動的運(yùn)動學(xué)特點(diǎn),一、簡諧運(yùn)動的回復(fù)力,如圖所示，某一時(shí)刻彈簧振子的小球運(yùn)動到平衡位置右側(cè)，距平衡位置0點(diǎn)3cm處的B點(diǎn)，已知小球的質(zhì)量為1kg，小球離開平衡位置的最大距離為5cm，彈簧的勁度系數(shù)為200N/m，求： (1)最大回復(fù)力的大小是多少？,(2)在B點(diǎn)時(shí)小球受到的回復(fù)力的大小和方向？,

5、(3)此時(shí)小球的加速度大小和方向？,(4)小球的運(yùn)動方向怎樣？,思考,6.簡諧運(yùn)動中x F a v的變化規(guī)律,OC,最大,向右,向左,向右,最大,向左,最大,向右,0,減小,增大,減小,向左,減小,減小,增大,向右,向右,向右,0,0,0,最大,向右,增大,增大,向左,向右,增大,向左,減小,向右,最大,向右,最大,向左,最大,向左,0,減小,向右,減小,減小,向左,向左,增大,向左,0,0,0,最大,向左,增大,增大,向右,向左,振,物理量,變,化,規(guī),律,子,位,置,簡諧運(yùn)動中振子的受力及運(yùn)動情況分析,(1)當(dāng)物體從最大位移處向平衡位置運(yùn)動時(shí)，由于v與a的方向一致，物體做加速度越來越小的加

6、速運(yùn)動。 (2)當(dāng)物體從平衡位置向最大位移處運(yùn)動時(shí)，由于v與a的方向相反，物體做加速度越來越大的減速運(yùn)動。,簡諧運(yùn)動的加速度大小和方向都隨時(shí)間做周期性的變化，所以 簡諧運(yùn)動是變加速運(yùn)動.,思考：在簡諧運(yùn)動過程中，振子能量變化情況如何?,OB,振,物理量,變,化,規(guī),律,子,位,置,二.簡諧運(yùn)動的能量,思考：在簡諧運(yùn)動過程中，振子能量變化情況如何？,OB,振,物理量,變,化,規(guī),律,子,位,置,二.簡諧運(yùn)動的能量,簡諧運(yùn)動的能量由勁度系數(shù)和振幅決定.勁度系數(shù)越大,振幅越大，振動的能量越大.,簡諧運(yùn)動中動能和勢能在發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變，即機(jī)械能守恒.,3 簡諧運(yùn)動的回復(fù)力和能量 小

7、結(jié),一、簡諧運(yùn)動的回復(fù)力,F=-kx,1.回復(fù)力:振動物體受到的總是指向平衡位置的力.,是物體在振動方向上的合外力.,二.簡諧運(yùn)動的能量,簡諧運(yùn)動中動能和勢能在發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變，即機(jī)械能守恒.,2.簡諧運(yùn)動,動力學(xué)特點(diǎn)：,運(yùn)動學(xué)特點(diǎn)：,判斷物體是否做簡諧運(yùn)動的方法： (1)運(yùn)動學(xué)法：振動圖像; (2)動力學(xué)法：F=- kx.,思考題： 豎直方向振動的彈簧振子所做的振動是簡諧運(yùn)動嗎?,證明:豎直懸掛的彈簧振子做簡諧運(yùn)動,證明:豎直懸掛的彈簧振子做簡諧運(yùn)動,證明步驟： 1.找平衡位置0; 2.找回復(fù)力F ; 3.找F、x大小關(guān)系; 4.找F、x方向關(guān)系.,證明:平衡狀態(tài)時(shí)有:

8、mg=-kx0當(dāng)向下拉動x長度時(shí)彈簧所受的合外力為F=-k(x+x0)+mg =-kx-kx0+mg =-kx(符合簡諧運(yùn)動的公式),例1:做簡諧運(yùn)動的物體，當(dāng)位移為負(fù)值時(shí)，以下說法正確的是 （ ）,A.速度一定為正值，加速度一定為正值 B.速度不一定為正值,但加速度一定為正值 C.速度一定為負(fù)值,加速度一定為正值 D.速度不一定為負(fù)值,加速度一定為負(fù)值,B,例2:在簡諧運(yùn)動中,振子每次經(jīng)過同一位置時(shí),下列各組中描述振動的物理量總是相同的是 （ ） A速度、加速度、動能 B加速度、回復(fù)力和位移 C加速度、動能和位移 D位移、動能、回復(fù)力,BCD,例3:當(dāng)一彈簧振子在豎直方向上做簡諧運(yùn)動時(shí)，下列

9、說法正確的（ ）,A振子在振動過程中，速度相同時(shí)，彈簧的長度一定相等 B振子從最低點(diǎn)向平衡位置運(yùn)動過程中，彈簧彈力始終做負(fù)功 C振子在振動過程中的回復(fù)力由彈簧的彈力和振子的重力的合力提供 D振子在振動過程中，系統(tǒng)的機(jī)械能一定守恒,CD,例4:關(guān)于彈簧振子做簡諧運(yùn)動時(shí)的能量，下列說法正確的有 （ ）,A等于在平衡位置時(shí)振子的動能 B等于在最大位移時(shí)彈簧的彈性勢能 C等于任意時(shí)刻振子動能與彈簧彈性勢能之和 D位移越大振動能量也越大,ABC,例5:如圖是質(zhì)點(diǎn)做簡諧振動的圖像,由此可知: At=0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移、速度均為零 Bt=1s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移為正向最大，速度為零，加速度為負(fù)向最大 Ct=2s時(shí)，

10、質(zhì)點(diǎn)的位移為零，速度為負(fù)向最大值，加速度為零 D質(zhì)點(diǎn)的振幅為5cm， 周期為2s,BC,練1:作簡諧運(yùn)動的物體，當(dāng)它每次經(jīng)過同一位置時(shí)，一定相同的物理量是（ ） A.速度 B.位移 C.回復(fù)力 D.加速度,BCD,練2:彈簧振子作簡諧運(yùn)動時(shí)，以下說法正確的是 ( ) A振子通過平衡位置時(shí)，回復(fù)力一定為零 B振子做減速運(yùn)動，加速度卻在增大 C振子向平衡位置運(yùn)動時(shí),加速度方向與速度方向相反 D振子遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動時(shí),加速度方向與速度方向相反,ABD,練3:如圖所示,是一彈簧振子,設(shè)向右方向?yàn)檎?0為平衡位置，則 ( ) AA0位移為負(fù)值，速度為正值 B0B時(shí),位移為正值,加速度為負(fù)值 CB0時(shí),位移為負(fù)值,速度為負(fù)值 D0A時(shí),位移為負(fù)值,加速度為正值,