2017_2018學年高中物理機械振動1.2探究物體做簡諧運動的原因同步備課課件滬科版.pptx

1、第1章,1.2探究物體做簡諧運動的原因,學習目標 1.掌握簡諧運動的動力學特征，明確回復力的概念. 2.知道簡諧運動是一種沒有能量損耗的理想情況. 3.理解簡諧運動在一次全振動過程中，位移、回復力、加速度、速度、動能、勢能的變化情況.,內容索引,自主預習梳理, 重點知識探究, 當堂達標檢測,自主預習梳理,1.回復力：振動物體受到的方向總是指向 位置，作用總是要把物體 到平衡位置的力. 2.當物體受到跟位移的大小成 ，方向始終 平衡位置的合力的作用時，物體的運動就是簡諧運動. 3.簡諧運動的能量，一般指振動系統(tǒng)的 .振動的過程就是 和 互相轉化的過程.,平衡,拉回,正比,機械能,勢能,動能,指向

2、,重點知識探究,一、回復力使物體做簡諧運動,如圖1所示為彈簧振子的模型，請分析并回答下列問題： (1)請分別討論振子在平衡位置右側和左側時，所受的彈力F的方向是怎樣的？位移x的方向是怎樣的？F與x的方向有什么關系？,答案,圖1,答案當振子在平衡位置右側時，彈力F的方向向左，位移x的方向向右，F與x的方向相反；當振子在平衡位置左側時，彈力F的方向向右，位移x的方向向左，F與x的方向相反.,(2)由胡克定律知，彈簧的彈力F的大小與位移x的大小之間有怎樣的關系？,答案,答案由胡克定律知，彈力F的大小與位移x的大小的關系為Fkx.,(3)振子在運動過程中，彈力F與位移x之間存在著什么樣的關系？,答案,

3、答案彈力F與位移x的關系為Fkx.,1.回復力 (1)回復力是根據力的作用效果命名的，它可以是彈力，也可以是其他力(包括摩擦力)，或幾個力的合力，或某個力的分力. (2)回復力的方向總是指向平衡位置，回復力為零的位置就是平衡位置. 2.簡諧運動的動力學特征：回復力Fkx. (1)k是比例系數，并非彈簧的勁度系數(水平彈簧振子做簡諧運動時k為勁度系數).其值由振動系統(tǒng)決定，與振幅無關. (2)“”號表示回復力的方向與位移的方向相反.,做簡諧運動的物體，在運動的過程中，加速度是如何變化的？ 答案加速度a ，故加速度隨位移的變化而變化(簡諧運動是一種變速的往復運動).,答案,A.彈簧振子運動過程中受

4、重力、支持力和彈簧彈力的作用 B.彈簧振子運動過程中受重力、支持力、彈簧彈力和回復力作用 C.振子由A向O運動過程中，回復力逐漸增大 D.振子由O向B運動過程中，回復力的方向指向平衡位置,例1 (多選)如圖2所示，彈簧振子在光滑水平桿上的A、B之間做往復運動，下列說法正確的是,解析,答案,圖2,解析回復力是根據效果命名的力，不是做簡諧運動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回復力.故A正確，B錯誤； 回復力與位移的大小成正比，由A向O運動過程中位移的大小在減小，故此過程中回復力逐漸減小，C錯誤； 回復力總是指向平衡位置，故D正確.,二、研究簡諧運動的

5、能量,圖3,如圖3所示為水平彈簧振子，振子在A、B之間做往復運動，在一個周期內振子的能量是如何變化的？請完成下表：,負,正,負,動能,彈性勢能,彈性勢能,動能,動能,彈性勢能,動能,勢能,機械能守恒,1.彈簧振子在振動的一個周期內，動能和勢能完成兩次周期性的變化，經過平衡位置時，動能最大，勢能最小，經過最大位移處時，勢能最大，動能最小. 2.彈簧振子振動過程中只有彈力做功，在任意時刻的動能和勢能之和不變，即機械能守恒，所以振幅保持不變. 3.簡諧運動忽略阻力造成的損耗，即沒有能量損失，因此簡諧運動是一種理想化的振動狀態(tài).,例2 如圖4所示，一彈簧振子在A、B間做簡諧運動，平衡位置為O，已知振子

6、的質量為M. (1)簡諧運動的能量取決于_，振子振動時_能和_能相互轉化，總_守恒.,圖4,解析,答案,機械能,振幅,動,彈性勢,解析簡諧運動的能量取決于振幅，振子振動時動能和彈性勢能相互轉化，總機械能守恒.,(2)(多選)在振子振動過程中，下列說法正確的是,解析,答案,A.振子在平衡位置，動能最大，勢能最小 B.振子在最大位移處，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，動能與勢能之和保持不變,解析振子在平衡位置兩側做往復運動，在最大位移處速度為零，動能為零，此時彈簧的形變最大，勢能最大，所以B正確； 在任意時刻只有彈簧的彈力做功，所以

7、機械能守恒，D正確； 回到平衡位置處速度達到最大，動能最大，勢能最小，所以A正確； 振幅的大小與振子的位置無關，所以選項C錯誤.,(3)(多選)若振子運動到B處時將一質量為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,解析,答案,解析振子運動到B點時速度恰為零，此時放上質量為m的物體，系統(tǒng)的總能量即為此時彈簧儲存的彈性勢能，由于簡諧運動中機械能守恒，所以振幅保持不變，因此選項A正確，B錯誤； 由于機械能守恒，最大動能不變，所以選項C正確，D錯誤.,三、簡諧運動中各物理量的變化規(guī)律,圖5,如圖5所示，水平彈簧

8、振子在A、B之間做往復運動，請分析振子的運動情況并完成下表.,答案,向右,增大,向左,增大,減小,0,最大,減小,向右,減小,向左,增大,向左,增大,減小,0,0,0,0,0,最大,最大,最大,最大,增大,向左,增大,向右,減小,減小,增大,最大,減小,向左,減小,向右,增大,向右,增大,1.簡諧運動中，位移、回復力、加速度三者的變化周期相同，變化趨勢相同，均與速度的變化趨勢相反，平衡位置是位移、回復力和加速度方向變化的轉折點. 2.最大位移處是速度方向變化的轉折點. 3.在一個周期內，動能和勢能完成兩次周期性的變化.,例3 (多選)如圖6所示，彈簧振子在C、B間做簡諧運動，O點為其平衡位置，

9、則 A.振子在由C點運動到O點的過程中，回復力逐漸增大 B.振子在由O點運動到B點的過程中，速度不斷增加 C.振子在O點加速度最小，在B點加速度最大 D.振子通過平衡位置O點時，動能最大，勢能最小,解析,答案,圖6,解析振子在由C運動到O的過程中靠近平衡位置，位移減小，由Fkx可知回復力減小，故A錯； 振子在由O點運動到B點的過程中，振子的速度不斷減小，故B錯； 由公式a 分析可知，C正確； 振子通過平衡位置O點時，動能最大，勢能最小，故D正確.,例4 如圖7所示，在勁度系數為k，原長為l0的一端固定的彈簧下端掛一質量為m的小物塊，釋放后小物塊做上下振動，此時彈簧沒有超出彈性限度.證明：小物塊

10、的振動是簡諧運動.,解析,答案,圖7,四、判斷一個振動為簡諧運動的方法,答案見解析,解析如圖所示，物塊在平衡位置O時，彈簧形變量為x0， 且mgkx0，物塊向下運動x時，物塊所受重力與彈簧彈力的合力提供物塊所需的回復力. 設向下為正方向，Fmgk(xx0)kx可見物塊所受回復力的大小與位移的大小成正比，方向與位移方向相反，指向平衡位置，因此小物塊的振動是簡諧運動.,當堂達標檢測,1.關于簡諧運動的回復力，下列說法正確的是 A.可以是恒力 B.可以是方向不變而大小變化的力 C.可以是方向變化而大小不變的力 D.一定是變力,答案,1,2,3,4,D.物塊A受重力、支持力及B對它的大小和方向都隨時間

11、變化的摩擦力,A.物塊A受重力、支持力及彈簧對它的恒定的彈力 B.物塊A受重力、支持力及彈簧對它的大小和方 向都隨時間變化的彈力 C.物塊A受重力、支持力及B對它的恒定的摩擦力,2.如圖8所示，彈簧振子B上放一個物塊A，在A與B一起做簡諧運動的過程中，下列關于A受力的說法中正確的是,圖8,解析,答案,1,2,3,4,解析物塊A受到重力、支持力和摩擦力的作用.摩擦力提供A做簡諧運動所需的回復力，其大小和方向都隨時間變化，D選項正確.,1,2,3,4,3.(多選)關于做簡諧運動的物體的說法正確的是 A.加速度方向與位移方向有時相同，有時相反 B.速度方向與加速度方向有時相同，有時相反 C.速度方向與位移方向有時相同，有時相反 D.加速度方向總是與位移方向相反,解析,答案,1,2,3,4,解析回復力的方向與位移的方向始終相反，而加速度的方向與回復力的方向始終一致，選項A錯誤，D正確； 當離開平衡位置時，速度與位移的方向相同，當向平衡位置運動時，速度與位移的方向相反，故選項B、C正確.,1,2,3,4,A.小球在O位置時，動能最大，加速度最小 B.小球在A、B位置時，勢能最大，加速度最大 C.小球從A經O到B的過程中，回復力一直做正功 D.小球從B到O的過程中，振動的能量不斷增加,4.(多選)把一個小球套在光滑細桿上，球與輕彈簧相連組成彈簧