高中物理新人教版 选修- 4系列课件11.3简谐运动的 回复力和能量教学目标 一、知识目标 1.知道振幅越大，振动的能量(总机械能)越大；2. 对单摆，应能根据机械能守恒定律进行定量计算 ；3.对水平的弹簧振子，应能定量地说明弹性势 能与动能的转化；4.知道简谐运动的回复力特点 及回复力的来源。5.知道在什么情况下可以把实 际发生的振动看作简谐运动。 二、能力目标 1.分析单摆和弹簧振子振动过程中能量的转 化情况，提高学生分析和解决问题的能力。2.通 过阻尼振动的实例分析，提高处理实际问题的能 力。 三、德育目标 1.简谐运动过程中能量的相互转化情况 ，对学生进行物质世界遵循对立统一规律 观点的渗透。 2.振动有多种不同类型说明各种运动形 式都是普遍性下的特殊性的具体体现。 【教学重点】 1.对简谐运动中能量转化和守恒的具体 分析。 2.什么是阻尼振动。 【教学难点】 关于简谐运动中能量的转化。一、机械振动 1.定义:物体在平衡位置附近所做的往复 运动. 2.特点: 对称性; 周期性.二、弹簧振子模型 1.小球看成质点; 2.忽略弹簧质量; 3.忽略阻 力. 三、振动图像(x-t图象) 横坐标t时间;纵坐标x偏离平衡位置的位移.位移x:总是从平衡位置指向振子位置.4、特征值法:振幅; 周期、频率; 相位.强弱； 快慢; 步调. 四、简谐运动的描述1、定义法:位移随时间按正弦规律 变化.3、图象法:是正弦曲线.2、公式法：思考1:弹簧振子为什么会做往复运动?答:1.存在力 ;惯性.思考2:这个力有什么特点? 2.总是指向平衡位置.1.定义:振动物体受到的总是指向平衡位置的力.一、简谐运动的回复力回复力是按力的作用效果命名的.2.来源:物体在振动方向上的合力.3.公式:“-” 表示回复力方向始终与位移方向相反.(胡克定律)k -弹簧的劲度系数(常量)x -振子离开平衡位置的位移,简称位移,方向总是背离平衡位置.(1)大小 :一、简谐运动的回复力(2)方向: 总是指向平衡位置.如果质点所受的回复力与它偏离平衡位置的 位移大小成正比，并且总是指向平衡位置 (即与位移方向相反),质点的运动就是简谐运动.即回复力满足F= -kx 的运动就是简谐运动. 注意： 对一般的简谐运动,由于回复力不一 定是弹簧的弹力,所以k不一定是劲度系数而 是回复力与位移的比例系数.一、简谐运动的回复力4.简谐运动的动力学特点5.简谐运动的运动学特点一、简谐运动的回复力如图所示，某一时刻弹簧振子的小球运动到 平衡位置右侧，距平衡位置0点3cm处的B点，已 知小球的质量为1kg，小球离开平衡位置的最大 距离为5cm，弹簧的劲度系数为200N/m，求：(1)最大回复力的大小是多少？(2)在B点时小球受到的回复力的大小和方向？(3)此时小球的加速度大小和方向？(4)小球的运动方向怎样？思考OB6.简谐运动中x F a v的变化规律BB OO CC OOO B位移x大小方向回复力 F大小方向加速度 a大小方向速度v大小方向OC最大向右向左向右最大向左最大向右 0减小增大减小 向左减小减小增大向右向右向右000最大 向右增大增大 向左向右增大向左 减小 向右最大 向右 最大向左最大 向左 0减小向右减小减小向左向左增大向左000最大 向左增大增大向右向左振物理量变 化规 律子 位 置简谐运动中振子的受力及运动情况分析(1)当物体从最大位移处向平衡位置 运动时，由于v与a的方向一致，物 体做加速度越来越小的加速运动。 (2)当物体从平衡位置向最大位移处 运动时，由于v与a的方向相反，物 体做加速度越来越大的减速运动。简谐运动的加速度大小和方向都随时间 做周期性的变化，所以简谐运动是变加速运动.思考：在简谐运动过程中，振子能量变化情况如何?AA OOBB OOO A动能势能总能OB振物理量变 化规 律子 位 置二.简谐运动的能量思考：在简谐运动过程中，振子能量变化情况如何？AA OOBB OOO A动能0增大最 大减小0增 大最 大减小势能最 大减小0增大最 大减 小0增大总能不变变OB振物理量变 化规 律子 位 置二.简谐运动的能量简谐运动的能量由劲度系数和 振幅决定.劲度系数越大,振幅 越大，振动的能量越大.简谐运动中动能和势能在 发生相互转化，但机械能的总 量保持不变，即机械能守恒.一、简谐运动的回复力F=-kx1.回复力:振动物体受到的总是指向平衡位置的力 .是物体在振动方向上的合外力.二.简谐运动的能量简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但 机械能的总量保持不变，即机械能守恒.2.简谐运动动力学特点 ：运动学特点 ：判断物体是否做简谐运动的方法 ： (1)运动学法：振动图像; (2)动力学法：F=- kx.思考题：竖直方向振动的弹簧振子 所做的振动是简谐运动吗?证明:竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动证明: 竖直悬挂的弹簧振子做简谐运动证明步骤： 1.找平衡位置0; 2.找回复力F ; 3.找F、x大小关系; 4.找F、x方向关系.证明:平衡状态时有:mg=-kx0 当向下拉动x长度时弹簧所受的 合外力为 F=-k(x+x0)+mg=-kx-kx0+mg=-kx (符合简谐运动的公式)例1:做简谐运动的物体，当位移为负 值时，以下说法正确的是 （ ）A.速度一定为正值，加速度一定为正值 B.速度不一定为正值,但加速度一定为正值 C.速度一定为负值,加速度一定为正值 D.速度不一定为负值,加速度一定为负值B例2:在简谐运动中,振子每次经过同 一位置时,下列各组中描述振动的 物理量总是相同的是 （ ） A速度、加速度、动能B加速度、回复力和位移C加速度、动能和位移D位移、动能、回复力BCD例3:当一弹簧振子在竖直方向上做简谐 运动时，下列说法正确的（ ） A振子在振动过程中，速度相同时，弹簧 的长度一定相等 B振子从最低点向平衡位置运动过程中， 弹簧弹力始终做负功 C振子在振动过程中的回复力由弹簧的弹 力和振子的重力的合力提供 D振子在振动过程中，系统的机械能一定 守恒CD例4:关于弹簧振子做简谐运动时的能量 ，下列说法正确的有 （ ）A等于在平衡位置时振子的动能 B等于在最大位移时弹簧的弹性势能 C等于任意时刻振子动能与弹簧弹性 势能之和 D位移越大振动能量也越大 ABC例5:如图是质点做简谐振动的图像,由此可知: At=0时，质点的位移、速度均为零 Bt=1s时，质点的位移为正向最大，速度 为零，加速度为负向最大 Ct=2s时，质点的位移为零，速度为负向 最大值，加速度为零 D质点的振幅为5cm， 周期为2sBC练1:作简谐运动的物体，当它每 次经过同一位置时，一定相同 的物理量是（ ）A.速度 B.位移 C.回复力 D.加速度BCD练2:弹簧振子作简谐运动时，以下说法 正确的是 ( ) A振子通过平衡位置时，回复力一定 为零 B振子做减速运动，加速度却在增大 C振子向平衡位置运动时,加速度方向 与速度方向相反 D振子远离平衡位置运动时,加速度方 向与速度方向相反ABD练3:如图所示,是一弹簧振子,设向右方 向为正,0为平衡位置，则 ( ) AA0位移为负值，速度为正值 B0B时,位移为正值,加速度为负值 CB0时,位移为负值,速度为负值 D0A时,位移为负值,加速度为正值ABD练4:一个弹簧振子在光滑的水平面上做 简谐运动,其中有两个时刻弹簧振子的 弹力大小相等,但方向相反,则这两个时 刻振子的 ( ) A.速度一定大小相等,方向相反 B.加速度一定大小相等,方向相反 C.位移一定大小相等,但方向不一定相 反 D.以上三项都不一定大小相等方向相反 B作业：P12问题与练习1、4