2-3簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量(人教版2019選擇性必修第一冊(cè))(原卷版)

第二章機(jī)械運(yùn)動(dòng)第3節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量重點(diǎn)+難點(diǎn)核心素養(yǎng)解讀1．掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征，明確回復(fù)力的概念.2.知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種沒有能量損耗的理想情況.3.會(huì)分析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)在一次全振動(dòng)過程中，位移、回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能、勢(shì)能的變化情況．1.物理觀念：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力的概念。2.科學(xué)思維：應(yīng)用動(dòng)力學(xué)、能量觀點(diǎn)處理簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中位移、回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能、勢(shì)能的變化規(guī)律。知識(shí)點(diǎn)一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力1．回復(fù)力(1)定義：使振動(dòng)物體回到的力．(2)方向：總是指向．(3)表達(dá)式：F＝.2．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)如果物體在運(yùn)動(dòng)方向上所受的力與它偏離平衡位置的大小成，并且總是指向平衡位置，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)．知識(shí)點(diǎn)二簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量1．能量轉(zhuǎn)化彈簧振子運(yùn)動(dòng)的過程就是和互相轉(zhuǎn)化的過程．(1)在最大位移處，最大，為零．(2)在平衡位置處，最大，最小．2．能量特點(diǎn)在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能，而在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中都有一定的能量損耗，因此簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種的模型．易錯(cuò)易混點(diǎn)一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力易錯(cuò)易混點(diǎn)1.1對(duì)回復(fù)力是效果力認(rèn)識(shí)不清。例1．(多選)關(guān)于回復(fù)力，下列說法中正確的是()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)，其所受合力為零易錯(cuò)易混點(diǎn)1.1剖析回復(fù)力是根據(jù)力的作用效果命名的，它可以是一個(gè)力，也可以是多個(gè)力的合力，還可以由某個(gè)力的分力提供。例如：如圖甲所示，水平方向的彈簧振子，彈力充當(dāng)回復(fù)力；如圖乙所示，豎直方向的彈簧振子，彈力和重力的合力充當(dāng)回復(fù)力；如圖丙所示，m隨M一起振動(dòng)，m的回復(fù)力則由靜摩擦力充當(dāng)。易錯(cuò)易混點(diǎn)1.2對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的判斷方法認(rèn)識(shí)不清。例2．一質(zhì)量為m，側(cè)面積為S的正方體木塊，放在水面上靜止(平衡)，如圖所示．現(xiàn)用力向下將其壓入水中一段深度后(未全部浸沒)撤掉外力，木塊在水面上下振動(dòng)，試判斷木塊的振動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)．易錯(cuò)易混點(diǎn)1.2剖析物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的判斷方法(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力滿足F＝－kx；(2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖像是正弦曲線．易錯(cuò)易混點(diǎn)二簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量易錯(cuò)易混點(diǎn)2.1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能例3．如圖所示，一水平彈簧振子在A、B間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，平衡位置為O，已知振子的質(zhì)量為M.(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量取決于________，振子振動(dòng)時(shí)動(dòng)能和________相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能________．(2)振子在振動(dòng)過程中，下列說法中正確的是________．A．振子在平衡位置，動(dòng)能最大，彈性勢(shì)能最小B．振子在最大位移處，彈性勢(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)能與彈性勢(shì)能之和保持不變(3)若振子運(yùn)動(dòng)到B處時(shí)將一質(zhì)量為m的物體放到M的上面，且m和M無相對(duì)滑動(dòng)而一起運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是________．A．振幅不變 B．振幅減小C．最大動(dòng)能不變 D．最大動(dòng)能減小易錯(cuò)易混點(diǎn)2.1剖析1.如果摩擦阻力造成的損耗可以忽略，在彈簧振子運(yùn)動(dòng)到任意位置時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)能與勢(shì)能之和都是一定的，即機(jī)械能守恒。2.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能由振幅決定對(duì)同一振動(dòng)系統(tǒng)來說，振幅越大，振動(dòng)的能量越大。如果沒有能量損耗，振幅保持不變，它將永不停息地振動(dòng)下去，因此簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)又稱等幅振動(dòng)。3.實(shí)際的運(yùn)動(dòng)都有一定的能量損耗，所以簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的模型。易錯(cuò)易混點(diǎn)2.2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各物理量的變化例4.如圖所示為做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)物體的振動(dòng)圖像，由圖可知()A．0～0.5s時(shí)間內(nèi)，物體的加速度從零變?yōu)檎蜃畲驜．0.5～1.0s時(shí)間內(nèi)，物體所受回復(fù)力從零變?yōu)檎蜃畲驝．1.0～1.5s時(shí)間內(nèi)，物體的速度從零變?yōu)檎蜃畲驞．1.5～2.0s時(shí)間內(nèi)，物體的動(dòng)量從零變?yōu)檎蜃畲笠族e(cuò)易混點(diǎn)2.2剖析分析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各物理量變化情況的技巧(1)分析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各物理量的變化情況時(shí)，一定要以位移為橋梁，位移增大時(shí)，振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的回復(fù)力、加速度、勢(shì)能均增大，速度、動(dòng)能均減小；反之，則產(chǎn)生相反的變化．另外，各矢量均在其值為零時(shí)改變方向．(2)分析過程中要特別注意簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期性和對(duì)稱性．位移相同時(shí)，回復(fù)力、加速度、動(dòng)能、勢(shì)能可以確定，但速度可能有兩個(gè)方向，由于周期性，運(yùn)動(dòng)時(shí)間也不確定．針對(duì)訓(xùn)練1．（2022·全國·高二課時(shí)練習(xí)）下列關(guān)于振動(dòng)物體所受回復(fù)力的說法正確的是（）A．回復(fù)力是指物體受到的指向平衡位置的力 B．回復(fù)力是指物體所受的合外力C．回復(fù)力只可能是彈力 D．回復(fù)力可以做功2．（2022·北京·臨川學(xué)校高二期中）做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，相鄰二次通過同一位置時(shí)，以下物理量不一定相同的是（）A．速度 B．加速度 C．動(dòng)能 D．回復(fù)力3．（2022·全國·高一課時(shí)練習(xí)）做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，回復(fù)力和位移的關(guān)系圖是（）A． B．C． D．4．（2021·上海閔行區(qū)協(xié)和雙語教科學(xué)校高一期中）如圖，點(diǎn)為彈簧振子的平衡位置，小球在間做無摩擦的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。則小球由運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)的過程中小球的（）A．速度增大 B．速度減小 C．速度不變 D．加速度增大5．（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）某彈簧振子沿x軸的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖像如圖所示，下列描述正確的是（）A．t=1s時(shí)，振子的速度為零，加速度為負(fù)的最大值B．t=2s時(shí)，振子的速度為負(fù)，加速度為正的最大值C．t=3s時(shí)，振子的速度為負(fù)的最大值，加速度為零D．t=4s時(shí)，振子的速度為正，加速度為負(fù)的最大值6．（2022·江蘇省揚(yáng)中高級(jí)中學(xué)高一開學(xué)考試）如圖甲，用力傳感器研究橡皮繩中拉力的大小隨時(shí)間變化情況。向下拉小球然后釋放，小球沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，某段時(shí)間內(nèi)采集到的信息如圖乙所示，則（

）A．t2～t3時(shí)間內(nèi)小球向上運(yùn)動(dòng)，速度不斷增大B．t3～t4時(shí)間內(nèi)小球向下運(yùn)動(dòng)，加速度不斷增大C．t4～t5時(shí)間內(nèi)小球向上運(yùn)動(dòng)，速度不斷增大D．t5～t6時(shí)間內(nèi)小球向下運(yùn)動(dòng)，加速度保持不變7．（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）彈簧振子的質(zhì)量為M，彈簧勁度系數(shù)為k，在振子上放一質(zhì)量為m的木塊，使它們一起在光滑水平面上運(yùn)動(dòng)，如圖所示。木塊的回復(fù)力F也滿足，x為離開平衡位置的位移，那么為（??）A． B．C． D．8．（2023·全國·高三專題練習(xí)）一質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像如圖所示，下列說法正確的是（）A．質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率是4Hz B．0～10s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過的路程是20cmC．在時(shí)質(zhì)點(diǎn)的速度為0 D．在和兩時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)的位移相同9．（多選）（2022·安徽省臨泉第一中學(xué)高三開學(xué)考試）如圖甲所示的彈簧振子，做簡(jiǎn)諧振動(dòng)從某一時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，規(guī)定豎直向上為正方向，彈簧對(duì)小球的彈力與運(yùn)動(dòng)時(shí)間的關(guān)系如圖乙所示，重力加速度為g，根據(jù)圖像所給的信息分析，下列說法正確的是（）A．乙圖從小球處在平衡位置開始計(jì)時(shí) B．小球的質(zhì)量為C．簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期為 D．彈簧對(duì)小球彈力的最小值為10．（多選）（2022·浙江·模擬預(yù)測(cè)）如圖甲所示，輕質(zhì)彈簧下端固定在水平地面上，上端連接一輕質(zhì)薄板。t=0時(shí)刻，一物塊從其正上方某處由靜止下落，落至薄板上后和薄板始終粘連，其位置隨時(shí)間變化的圖像（x?t）如圖乙所示，其中t=0.2s時(shí)物塊剛接觸薄板。彈簧形變始終在彈性限度內(nèi)，空氣阻力不計(jì)，則（）A．t=0.2s后物塊做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)B．t=0.4s時(shí)物塊的加速度大于重力加速度C．若增大物塊自由下落的高度，則物塊與薄板粘連后振動(dòng)的周期增大D．t=0.2s后物塊坐標(biāo)位置隨時(shí)間變化關(guān)系為11．（多選）（2022·北京市十一學(xué)校高一期末）某一沿水平方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的彈簧振子，其位移-時(shí)間圖像如圖所示。下列說法正確的是（

）A．若在時(shí)間內(nèi)，彈簧的彈力對(duì)振子做的功為0，則一定是的整數(shù)倍B．若在時(shí)間內(nèi)，振子運(yùn)動(dòng)的路程為A，則可能小于C．若在時(shí)間內(nèi)，振子運(yùn)動(dòng)的路程為s，則s可能等于D．若在時(shí)間內(nèi)，要使振子在時(shí)刻的速度等于其在時(shí)刻的速度，則一定是T的整數(shù)倍12．（多選）（2022·全國·高三專題練習(xí)）如圖所示，一個(gè)輕質(zhì)彈簧下端掛一小球，小球靜止?，F(xiàn)將小球向下拉動(dòng)距離A后由靜止釋放，并開始計(jì)時(shí)，小球在豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，周期為T。則（）A．經(jīng)時(shí)間，小球從最低點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)的距離大于B．經(jīng)時(shí)間，小球從最低點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)的距離小于C．在時(shí)刻，小球的動(dòng)能最大D．在時(shí)刻，小球的動(dòng)能最小13．（2021·江蘇·金沙中學(xué)高二階段練習(xí)）如圖所示，一輕質(zhì)彈簧的上端固定在光滑斜面頂部，下端栓接小球A，A通過一段細(xì)線與小球B相連，兩球均靜止。某時(shí)刻，將細(xì)線燒斷。已知斜面的傾角為且固定在水面上，A、B的質(zhì)量分別為、，彈簧的勁度系數(shù)為k，重力加速度為g，空氣阻力可忽略不計(jì)。（1）A運(yùn)動(dòng)的平衡位置（2）A運(yùn)動(dòng)的振幅；（3）證明A的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；14．（2022·全國·高二課時(shí)練習(xí)）如圖所示，裝有砂粒的試管豎直浮于水面上靜止。將試管豎直提起少許后由靜止釋放，可以觀察到試管上下振動(dòng)。試判斷這種振動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，表述論證的思路。15．（2022·北京市十一學(xué)校高一期末）如圖所示，將質(zhì)量為的物體