高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第二章 机械振动3 简谐运动的回复力和能量教课内容课件ppt

课题名

第二章第三节《简谐运动的回复力和能量》

教学目标

1. 理解简谐运动的运动规律，掌握简谐运动回复力的特征

2．会用能量守恒的观点，分析水平弹簧振子中动能、势能、总能量的变化规律

3． 能在具体的情境中证明物体的运动是简谐运动

教学重点

掌握简谐运动回复力的特征

教学难点

简谐运动过程中位移、回复力、加速度、速度等变化规律的分析总结

教学准备

教师准备：多媒体、水平弹簧振子

学生准备：课本、学案、

教学过程

【课前回顾】

【新课引入】

当我们把弹簧振子的小球拉离平衡位 置释放后，小球就会在平衡位置附近做简 谐运动。小球的受力满足什么特点才会做 这种运动呢？

根据牛顿运动定律，可以作出以下判断：做简谐运动 的物体偏离平衡位置向一侧运动时，一定有一个力迫使物 体的运动速度逐渐减小直到减为０，然后，物体在这个力 的作用下，运动速度又由0逐渐增大并回到平衡位置；物 体由于具有惯性，到达平衡位置后会继续向另一侧运动， 这个力使它再一次回到平衡位置。正是在这个力的作用下， 物体在平衡位置附近做往复运动。我们把这样的力称为回复力

【新课教学】

小球的受力满足什么特点才会做这种运动呢？

下面我们以弹簧振子做简谐运动为例进行分析

从上面的分析可以看出，弹簧对小球的弹力是小球做简谐运动的回复力，这个力的大小与小球相对平衡位置的 位移成正比，方向与位移方向相反，可表示为：F＝－ kx， 式中“－”号表示F与x反向。

结论：弹簧振子所受的合力?与振子位移?的大小成正比，且合力?的方向总是与位移?的方向相反。

一.简谐运动的回复力

1.回复力：我们把这个使物体在平衡位置附近做往复运动的力称为回复力

2.特点：按力的作用效果命名，总是把物体拉回平衡位置，由某个力或者某个力的分力或者几个力的合力提供

3.方向：始终指向平衡位置

4.表达式：

（1）“-”表示F与位移方向相反

（2）k是弹簧的劲度系数，由简谐运动系统决定

（3），简谐运动是一种变加速的往复运动

理论上可以证明，如果物体所受的力具有F＝－ kx的 形式，物体就做简谐运动。

简谐运动的另一种表述：如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。

一.简谐运动的回复力-----竖直方向弹簧振子

受力分析可知：F回=F- mg，方向向上

弹力：F=k∆x

平衡位置：k∆x0=mg

位移大小：x=∆x- ∆x0

回复力大小：F回=k∆x- k∆x0=k（∆x- ∆x0）=kx                                   

        方向：由图可知回复力方向与x反向

提醒：  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。

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。

弹簧振子运动的过程中两个特殊位置

(1)在最大位移处：X、F、a、 EP最大， v、 EK为零

(2)在平衡位置处：X、F、a=0,v、EK最大， EP最小

简谐运动的能量由劲度系数和振幅有关，振幅越大，振动的能量越大。

三. 简谐运动的证明方法

1.动力学特征：

证明回复力与位移满足简谐运动的动力学特征

2.运动学特征：

证明物体振动图像是正弦函数图像

【课上小结】

一.简谐运动的回复力

1.定义：我们把这个使物体在平衡位置附近做往复运动的力称为回复力

2.方向：始终指向平衡位置

3.表达式：

（1）“-”表示F与位移方向相反

（2）k是弹簧的劲度系数，由简谐运动系统决定

（3），简谐运动是一种变加速的往复运动

4.简谐运动的另一种表述

如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。

二.简谐运动的能量

三. 简谐运动的证明方法

1.动力学特征：?=−??

2.运动学特征：

【课堂练习】

例1：（多选）物体做简谐运动时，下列叙述中正确的是(　  AD     　)

A．平衡位置就是回复力为零的位置

B．处于平衡位置的物体，一定处于平衡状态

C．物体到达平衡位置，合力一定为零

D．物体到达平衡位置，回复力一定为零

例2：某一弹簧振子做简谐运动，在下面四幅图像中，能正确反映加速度a与位移x的关系的是(　B　)

例3：（多选）如图所示是弹簧振子做简谐运动的振动图像，可以判定(　　AC  )

A.从t1到t2时间内系统的动能不断增大，势能不断减小

B．从t2到t3时间内振幅不断增大

C．t3时刻振子处于平衡位置处，动能最大

D．t1、t4时刻振子的动能、速度都相同

例4．（多选）一质点做简谐运动的振动方程是x＝2sincm，则(　  BC 　)

A．在0～0.02 s内，速度与加速度方向始终相同

B．在t＝0.02 s时，质点具有正向最大加速度

C．在t＝0.025 s时，质点的速度方向与加速度方向均沿x轴正方向

D．在t＝0.04 s时，回复力最大，速度方向沿x轴负方向

例5.如图所示的弹簧振子在做简谐运动，O为平衡位置，A、B为最大位移处，下列说法正确的是(　CD　       )

A．振子在O点时，弹性势能最小

B．振子在A、B两点时，弹性势能相等

C．振子在O点时，弹性势能与重力势能之和最小

D．振子在A、B两点时，弹性势能与重力势能之和相等

布置作业

1. 完成同步练习
2. 预习第四节《单摆》

板书设计

               第二章机械振动

2.3简谐运动的回复力与能量

一.简谐运动的回复力

1.定义：

2.方向：始终指向平衡位置

3.表达式：

（1）“-”表示F与位移方向相反

（2）k是弹簧的劲度系数，由简谐运动系统决定

（3），简谐运动是一种变加速的往复运动

4.简谐运动的另一种表述

如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。

二.简谐运动的能量

三. 简谐运动的证明方法

1.动力学特征：?=−??

2.运动学特征：

教学反思

由于上节课的学习，学生们已对简谐运动有了一定的了解，简谐运动中能量的转化、位移、回复力、加速度、速度等变化规律的分析过程是在教学过程中要一步步引导学生得出结论，理解回复力的特征和来源至关重要。