人教版 (2019)选择性必修 第一册3 简谐运动的回复力和能量背景图课件ppt

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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.
复习：简谐运动及其描述
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.
思考1:弹簧振子为什么会做往复运动?
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.
物体在振动方向上的合力.
“-” 表示回复力方向始终与位移方向相反.
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.
(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.
4.简谐运动的动力学特点
5.简谐运动的运动学特点
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？
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?
思考：在简谐运动过程中,振子能量变化情况如何？
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.
3 简谐运动的回复力和能量 小结
1.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.
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.
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
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
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
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
例5:如图是质点做简谐振动的图像,由此可知:A．t=0时,质点的位移、速度均为零B．t=1s时,质点的位移为正向最大,速度为零,加速度为负向最大C．t=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2s
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
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
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 ( ) A．A→0位移为负值,速度为正值B．0→B时,位移为正值,加速度为负值C．B→0时,位移为负值,速度为负值D．0→A时,位移为负值,加速度为正值