高中物理-第11章-第3節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量課件-新人教版選修34

成才之路·物理(wùlǐ)路漫漫其修遠(yuǎn)兮吾將上下而求索人教版·選修(xuǎnxiū)3-4第一頁(yè)，共42頁(yè)。機(jī)械振動(dòng)第十一章第二頁(yè)，共42頁(yè)。第三節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(jiǎnxiéyùndònɡ)的回復(fù)力和能量第十一章第三頁(yè)，共42頁(yè)。學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1課堂情景切入2知識(shí)自主梳理3重點(diǎn)難點(diǎn)突破4考點(diǎn)題型設(shè)計(jì)5課后強(qiáng)化作業(yè)6第四頁(yè)，共42頁(yè)。學(xué)習(xí)目標(biāo)定位第五頁(yè)，共42頁(yè)?！莆蘸?jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中回復(fù)力的特點(diǎn)※對(duì)水平彈簧振子能定量的說(shuō)明彈性勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化第六頁(yè)，共42頁(yè)。課堂情景切入第七頁(yè)，共42頁(yè)。做圓周運(yùn)動(dòng)的物體總是圍著中心轉(zhuǎn)而不是(bùshi)沿直線飛出去，因?yàn)樗艿搅讼蛐牧Φ淖饔谩Ｗ龊?jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體總是以平衡位置為中心往復(fù)振動(dòng)。它的受力又有何“與眾不同”之處呢？第八頁(yè)，共42頁(yè)。知識(shí)自主梳理第九頁(yè)，共42頁(yè)。1．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)如果________所受的力與它偏離平衡位置的位移大小成_______，并且總是指向______________，質(zhì)點(diǎn)(zhìdiǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。2．回復(fù)力使振動(dòng)物體回到______________的力。3．回復(fù)力的作用效果把物體拉回到______________。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(jiǎnxiéyùndònɡ)的回復(fù)力質(zhì)點(diǎn)(zhìdiǎn)正比平衡位置平衡位置平衡位置第十頁(yè)，共42頁(yè)。4．回復(fù)力的方向總是指向___________。5．回復(fù)力的表達(dá)式F＝________，即回復(fù)力與物體的位移大小成_________，負(fù)號(hào)表明(biǎomíng)回復(fù)力與位移方向_______________，k是常數(shù)。對(duì)于彈簧振子，k為彈簧的_____________。平衡位置－kx正比(zhèngbǐ)始終(shǐzhōng)相反勁度系數(shù)第十一頁(yè)，共42頁(yè)。1．振動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)(zhuàngtài)與能量的關(guān)系(1)振子的速度與動(dòng)能：速度不斷_______，動(dòng)能也在不斷_______。(2)彈簧形變量與勢(shì)能：彈簧形變量在______，因而勢(shì)能也在_______。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(jiǎnxiéyùndònɡ)的能量變化(biànhuà)變化變化變化第十二頁(yè)，共42頁(yè)。2．簡(jiǎn)諧振動(dòng)的能量振動(dòng)系統(tǒng)的能量一般指振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能。振動(dòng)的過(guò)程就是動(dòng)能和勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化的過(guò)程。(1)在最大位移處，________最大，________為零；(2)在平衡位置處，________最大，________最小；(3)在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能________(選填“守恒(shǒuhénɡ)”或“減小”)，因此簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的模型。勢(shì)能(shìnéng)動(dòng)能(dòngnéng)動(dòng)能勢(shì)能守恒第十三頁(yè)，共42頁(yè)。3．決定能量大小(dàxiǎo)的因素振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能跟______有關(guān)，______越大，機(jī)械能就越大，振動(dòng)越強(qiáng)。對(duì)于一個(gè)確定的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是________(選填“等幅”或“減幅”)振動(dòng)。振幅(zhènfú)振幅(zhènfú)等幅第十四頁(yè)，共42頁(yè)。重點(diǎn)難點(diǎn)突破第十五頁(yè)，共42頁(yè)。一、回復(fù)力1．回復(fù)力的來(lái)源(1)回復(fù)力是指將振動(dòng)的物體拉回到平衡位置的力，是按照力的作用效果來(lái)命名的，分析物體的受力時(shí)，不分析回復(fù)力。(2)回復(fù)力可以由某一個(gè)力提供(如彈力、摩擦力等)，也可能是幾個(gè)力的合力，還可能是某一力的分力，歸納起來(lái)回復(fù)力一定等于(děngyú)物體在振動(dòng)方向上所受的合力。第十六頁(yè)，共42頁(yè)。2．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力F＝－kx。(1)由F＝－kx知，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力大小與振子的位移大小成正比，回復(fù)力的方向(fāngxiàng)與位移的方向(fāngxiàng)相反，即回復(fù)力的方向(fāngxiàng)總是指向平衡位置。(2)公式F＝－kx中k指的是回復(fù)力與位移間的比例系數(shù)，而不一定是彈簧的勁度系數(shù)，系數(shù)k由振動(dòng)系統(tǒng)自身決定。第十七頁(yè)，共42頁(yè)。第十八頁(yè)，共42頁(yè)。第十九頁(yè)，共42頁(yè)。對(duì)于彈簧振子(zhènzǐ)的回復(fù)力與位移的關(guān)系圖象，下列圖象中正確的是()答案：C解析：根據(jù)公式F＝－kx，可判斷回復(fù)力與位移的關(guān)系圖線是一條直線，斜率為負(fù)值，故選項(xiàng)C正確。第二十頁(yè)，共42頁(yè)。二、對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)能量的認(rèn)識(shí)1．決定因素對(duì)于一個(gè)確定的振動(dòng)系統(tǒng)，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量由振幅決定，振幅越大，系統(tǒng)的能量越大。2．能量獲得開始振動(dòng)系統(tǒng)的能量是通過(guò)外力做功由其他形式的能轉(zhuǎn)化來(lái)的。3．能量轉(zhuǎn)化當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)自由振動(dòng)后，如果不考慮阻力作用，系統(tǒng)只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的相互(xiānghù)轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒。第二十一頁(yè)，共42頁(yè)。4．理想化模型a．從力的角度(jiǎodù)分析，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)沒考慮摩擦阻力。b.從能量轉(zhuǎn)化角度(jiǎodù)分析，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)沒考慮因阻力做功能量損耗。第二十二頁(yè)，共42頁(yè)。特別提醒：因?yàn)閯?dòng)能和勢(shì)能是標(biāo)量，所以(suǒyǐ)：(1)在振動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能間完成兩次周期性變化，經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)動(dòng)能最大，勢(shì)能最??；經(jīng)過(guò)最大位移處時(shí)，勢(shì)能最大，動(dòng)能最小；(2)振子運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)平衡位置兩側(cè)的對(duì)稱點(diǎn)時(shí)，具有相等的動(dòng)能和相等的勢(shì)能。第二十三頁(yè)，共42頁(yè)。(海岳中學(xué)2013～2014學(xué)年高二下學(xué)期檢測(cè))如圖所示，一彈簧振子(zhènzǐ)在A、B間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，平衡位置為O，已知振子(zhènzǐ)的質(zhì)量為M。第二十四頁(yè)，共42頁(yè)。(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量取決于________，本題中物體振動(dòng)時(shí)________能和________能相互轉(zhuǎn)化，總________守恒。(2)關(guān)于振子的振動(dòng)過(guò)程有以下(yǐxià)說(shuō)法，其中正確的是()A．振子在平衡位置，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小B．振子在最大位移處，勢(shì)能最大，動(dòng)能最小C．振子在向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于振子振幅減小，故總機(jī)械能減小D．在任意時(shí)刻，動(dòng)能與勢(shì)能之和保持不變第二十五頁(yè)，共42頁(yè)。答案：(1)振幅動(dòng)彈性勢(shì)機(jī)械能(2)ABD解析：(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量取決于振幅，本題中物體振動(dòng)時(shí)動(dòng)能和彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能守恒。(2)振子在平衡位置兩側(cè)往復(fù)振動(dòng)，在最大位移處速度為零，動(dòng)能為零，此時(shí)彈簧的形變量最大，勢(shì)能最大，所以B正確；在任意時(shí)刻只有(zhǐyǒu)彈簧的彈力做功，所以機(jī)械能守恒，D正確；到平衡位置處速度達(dá)到最大，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小，所以A正確；振幅的大小與振子的位置無(wú)關(guān)，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤。第二十六頁(yè)，共42頁(yè)?？键c(diǎn)題型設(shè)計(jì)第二十七頁(yè)，共42頁(yè)。對(duì)回復(fù)(huífù)力的理解第二十八頁(yè)，共42頁(yè)。A．m做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，OC＝OBB．m做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，OC≠OBC．回復(fù)力F＝－kxD．回復(fù)力F＝－3kx解析：物體m離開平衡位置時(shí)所受的指向平衡位置的回復(fù)力F＝－(k1x＋k2x)＝－3kx，符合簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力特點(diǎn)，因此物體m以O(shè)為平衡位置做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，所以(suǒyǐ)OC＝OB，故A、D正確，B、C錯(cuò)誤。答案：AD第二十九頁(yè)，共42頁(yè)。點(diǎn)評(píng)：此題易誤選BC。認(rèn)為振子兩邊彈簧的勁度系數(shù)不同，因此做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，左、右最大位移不對(duì)稱，即OC≠OB，誤選B。認(rèn)為物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件是物體所受回復(fù)力為F＝－kx，因此誤選C。造成這些錯(cuò)誤的原因，都是“想當(dāng)然”，沒有用所學(xué)知識(shí)(zhīshi)加以分析造成的。在F＝－kx中，k為比例系數(shù)不一定為彈簧的勁度系數(shù)。第三十頁(yè)，共42頁(yè)。關(guān)于回復(fù)力，下列說(shuō)法正確的是()A．回復(fù)力是指物體離開平衡位置時(shí)受到的指向(zhǐxiànɡ)平衡位置的力B．回復(fù)力是按力的作用效果命名的，它可能由彈力提供，也可能由摩擦力提供C．回復(fù)力可能是某幾個(gè)力的合力，也可能是某一個(gè)力的分力D．振動(dòng)物體在平衡位置時(shí)，其所受合力為零第三十一頁(yè)，共42頁(yè)。答案：ABC解析：回復(fù)力是物體受到的指向平衡位置的力，F(xiàn)＝－kx，A正確；回復(fù)力按效果命名，由物體受到的某種性質(zhì)的力來(lái)提供，或者由物體所受合力(hélì)提供，B正確；回復(fù)力可能由幾個(gè)力的合力(hélì)來(lái)提供，也可能由某個(gè)力的分力或合力(hélì)的分力提供，C正確；物體在平衡位置時(shí)，回復(fù)力為零，但合力(hélì)不一定為零，D錯(cuò)誤。第三十二頁(yè)，共42頁(yè)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(jiǎnxiéyùndònɡ)的能量第三十三頁(yè)，共42頁(yè)。A．振幅不變 B．振幅減小C．最大動(dòng)能不變 D．最大動(dòng)能減少解析：m在最大位移處輕放在M上，說(shuō)明m剛放上時(shí)動(dòng)能為0，m放上前后振幅沒改變，振動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械能總量不變。振子(zhènzǐ)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度恰為0，此時(shí)放上m，系統(tǒng)的總能量即為此時(shí)彈簧儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能，由于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒，所以振幅保持不變。因此選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤。由于機(jī)械能守恒，最大動(dòng)能不變，所以選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。答案：AC第三十四頁(yè)，共42頁(yè)。點(diǎn)評(píng)：同一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的能量只由振幅決定，若振幅不變，振動(dòng)系統(tǒng)(xìtǒng)的能量不變，當(dāng)位移最大時(shí)系統(tǒng)(xìtǒng)的能量體現(xiàn)為勢(shì)能，動(dòng)能為零；當(dāng)處于平衡位置時(shí)勢(shì)能最小，動(dòng)能最大。這兩點(diǎn)是解決此類問(wèn)題的突破口。第三十五頁(yè)，共42頁(yè)。如圖所示是彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖象，可以判定()A．從t1到t2時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)的動(dòng)能不斷增大，勢(shì)能不斷減小B．從t2到t3時(shí)間內(nèi)振幅(zhènfú)不斷增大C．t3時(shí)刻振子處于平衡位置處，動(dòng)能最大D．t1、t4時(shí)刻振子的動(dòng)能、速度都相同答案：AC第三十六頁(yè)，共42頁(yè)。解析：t1到t2時(shí)間內(nèi)，x減小，彈力做正功，系統(tǒng)的動(dòng)能(dòngnéng)不斷增大，勢(shì)能不斷減小，A正確；振幅是離開平衡位置的最大位移，從t2到t3，變化的是位移而不是振幅，B錯(cuò)誤；t3時(shí)刻振子位移為零，速度最大，動(dòng)能(dòngnéng)最大，C正確；t1、t4時(shí)刻位移相同，即處于同一位置，速度等大反向，動(dòng)能(dòngnéng)相同，D錯(cuò)誤。第三十七頁(yè)，共42頁(yè)。開放(kāifàng)·探究第三十八頁(yè)，共42頁(yè)。(1)實(shí)驗(yàn)(shíyàn)表明了什么？(2)如果將勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力投影到直徑上，試證明直徑上F＝－kx。解析：(1)小球與振子的影子的運(yùn)動(dòng)始終重合，表明小球的影子與振子運(yùn)動(dòng)形式相同，即：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在直徑上的投影的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。第三十九頁(yè)，共42頁(yè)。第四十頁(yè)，共42頁(yè)