2017_2018學(xué)年高中物理機(jī)械振動(dòng)1.2探究物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的原因同步備課課件滬科版.pptx

1、第1章,1.2探究物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的原因,學(xué)習(xí)目標(biāo) 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.理解簡(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.,內(nèi)容索引,自主預(yù)習(xí)梳理, 重點(diǎn)知識(shí)探究, 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè),自主預(yù)習(xí)梳理,1.回復(fù)力：振動(dòng)物體受到的方向總是指向 位置，作用總是要把物體 到平衡位置的力. 2.當(dāng)物體受到跟位移的大小成 ，方向始終 平衡位置的合力的作用時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng). 3.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量，一般指振動(dòng)系統(tǒng)的 .振動(dòng)的過程就是 和 互相轉(zhuǎn)化的過程.,平衡,拉回,正比,機(jī)械能,勢(shì)能,動(dòng)能,指向

2、,重點(diǎn)知識(shí)探究,一、回復(fù)力使物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),如圖1所示為彈簧振子的模型，請(qǐng)分析并回答下列問題： (1)請(qǐng)分別討論振子在平衡位置右側(cè)和左側(cè)時(shí)，所受的彈力F的方向是怎樣的？位移x的方向是怎樣的？F與x的方向有什么關(guān)系？,答案,圖1,答案當(dāng)振子在平衡位置右側(cè)時(shí)，彈力F的方向向左，位移x的方向向右，F(xiàn)與x的方向相反；當(dāng)振子在平衡位置左側(cè)時(shí)，彈力F的方向向右，位移x的方向向左，F(xiàn)與x的方向相反.,(2)由胡克定律知，彈簧的彈力F的大小與位移x的大小之間有怎樣的關(guān)系？,答案,答案由胡克定律知，彈力F的大小與位移x的大小的關(guān)系為Fkx.,(3)振子在運(yùn)動(dòng)過程中，彈力F與位移x之間存在著什么樣的關(guān)系？,答案,

3、答案彈力F與位移x的關(guān)系為Fkx.,1.回復(fù)力 (1)回復(fù)力是根據(jù)力的作用效果命名的，它可以是彈力，也可以是其他力(包括摩擦力)，或幾個(gè)力的合力，或某個(gè)力的分力. (2)回復(fù)力的方向總是指向平衡位置，回復(fù)力為零的位置就是平衡位置. 2.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征：回復(fù)力Fkx. (1)k是比例系數(shù)，并非彈簧的勁度系數(shù)(水平彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)k為勁度系數(shù)).其值由振動(dòng)系統(tǒng)決定，與振幅無(wú)關(guān). (2)“”號(hào)表示回復(fù)力的方向與位移的方向相反.,做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，在運(yùn)動(dòng)的過程中，加速度是如何變化的？ 答案加速度a ，故加速度隨位移的變化而變化(簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種變速的往復(fù)運(yùn)動(dòng)).,答案,A.彈簧振子運(yùn)動(dòng)過程中受

4、重力、支持力和彈簧彈力的作用 B.彈簧振子運(yùn)動(dòng)過程中受重力、支持力、彈簧彈力和回復(fù)力作用 C.振子由A向O運(yùn)動(dòng)過程中，回復(fù)力逐漸增大 D.振子由O向B運(yùn)動(dòng)過程中，回復(fù)力的方向指向平衡位置,例1 (多選)如圖2所示，彈簧振子在光滑水平桿上的A、B之間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是,解析,答案,圖2,解析回復(fù)力是根據(jù)效果命名的力，不是做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體受到的具體的力，它是由物體受到的具體的力所提供的，在此情景中彈簧的彈力充當(dāng)回復(fù)力.故A正確，B錯(cuò)誤； 回復(fù)力與位移的大小成正比，由A向O運(yùn)動(dòng)過程中位移的大小在減小，故此過程中回復(fù)力逐漸減小，C錯(cuò)誤； 回復(fù)力總是指向平衡位置，故D正確.,二、研究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的

5、能量,圖3,如圖3所示為水平彈簧振子，振子在A、B之間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在一個(gè)周期內(nèi)振子的能量是如何變化的？請(qǐng)完成下表：,負(fù),正,負(fù),動(dòng)能,彈性勢(shì)能,彈性勢(shì)能,動(dòng)能,動(dòng)能,彈性勢(shì)能,動(dòng)能,勢(shì)能,機(jī)械能守恒,1.彈簧振子在振動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能完成兩次周期性的變化，經(jīng)過平衡位置時(shí)，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小，經(jīng)過最大位移處時(shí)，勢(shì)能最大，動(dòng)能最小. 2.彈簧振子振動(dòng)過程中只有彈力做功，在任意時(shí)刻的動(dòng)能和勢(shì)能之和不變，即機(jī)械能守恒，所以振幅保持不變. 3.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)忽略阻力造成的損耗，即沒有能量損失，因此簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的振動(dòng)狀態(tài).,例2 如圖4所示，一彈簧振子在A、B間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，平衡位置為O，已知振子

6、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)_能和_能相互轉(zhuǎn)化，總_守恒.,圖4,解析,答案,機(jī)械能,振幅,動(dòng),彈性勢(shì),解析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量取決于振幅，振子振動(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)(多選)在振子振動(dòng)過程中，下列說(shuō)法正確的是,解析,答案,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,解析振子在平衡位置兩側(cè)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在最大位移處速度為零，動(dòng)能為零，此時(shí)彈簧的形變最大，勢(shì)能最大，所以B正確； 在任意時(shí)刻只有彈簧的彈力做功，所以

7、機(jī)械能守恒，D正確； 回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.,(3)(多選)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(wú)相對(duì)滑動(dòng)而一起運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)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,解析,答案,解析振子運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度恰為零，此時(shí)放上質(zhì)量為m的物體，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.,三、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各物理量的變化規(guī)律,圖5,如圖5所示，水平彈簧

8、振子在A、B之間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)分析振子的運(yùn)動(dòng)情況并完成下表.,答案,向右,增大,向左,增大,減小,0,最大,減小,向右,減小,向左,增大,向左,增大,減小,0,0,0,0,0,最大,最大,最大,最大,增大,向左,增大,向右,減小,減小,增大,最大,減小,向左,減小,向右,增大,向右,增大,1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，位移、回復(fù)力、加速度三者的變化周期相同，變化趨勢(shì)相同，均與速度的變化趨勢(shì)相反，平衡位置是位移、回復(fù)力和加速度方向變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn). 2.最大位移處是速度方向變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn). 3.在一個(gè)周期內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能完成兩次周期性的變化.,例3 (多選)如圖6所示，彈簧振子在C、B間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，O點(diǎn)為其平衡位置，

9、則 A.振子在由C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)的過程中，回復(fù)力逐漸增大 B.振子在由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中，速度不斷增加 C.振子在O點(diǎn)加速度最小，在B點(diǎn)加速度最大 D.振子通過平衡位置O點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小,解析,答案,圖6,解析振子在由C運(yùn)動(dòng)到O的過程中靠近平衡位置，位移減小，由Fkx可知回復(fù)力減小，故A錯(cuò)； 振子在由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中，振子的速度不斷減小，故B錯(cuò)； 由公式a 分析可知，C正確； 振子通過平衡位置O點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小，故D正確.,例4 如圖7所示，在勁度系數(shù)為k，原長(zhǎng)為l0的一端固定的彈簧下端掛一質(zhì)量為m的小物塊，釋放后小物塊做上下振動(dòng)，此時(shí)彈簧沒有超出彈性限度.證明：小物塊

10、的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).,解析,答案,圖7,四、判斷一個(gè)振動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的方法,答案見解析,解析如圖所示，物塊在平衡位置O時(shí)，彈簧形變量為x0， 且mgkx0，物塊向下運(yùn)動(dòng)x時(shí)，物塊所受重力與彈簧彈力的合力提供物塊所需的回復(fù)力. 設(shè)向下為正方向，F(xiàn)mgk(xx0)kx可見物塊所受回復(fù)力的大小與位移的大小成正比，方向與位移方向相反，指向平衡位置，因此小物塊的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).,當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.關(guān)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力，下列說(shuō)法正確的是 A.可以是恒力 B.可以是方向不變而大小變化的力 C.可以是方向變化而大小不變的力 D.一定是變力,答案,1,2,3,4,D.物塊A受重力、支持力及B對(duì)它的大小和方向都隨時(shí)間

11、變化的摩擦力,A.物塊A受重力、支持力及彈簧對(duì)它的恒定的彈力 B.物塊A受重力、支持力及彈簧對(duì)它的大小和方 向都隨時(shí)間變化的彈力 C.物塊A受重力、支持力及B對(duì)它的恒定的摩擦力,2.如圖8所示，彈簧振子B上放一個(gè)物塊A，在A與B一起做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過程中，下列關(guān)于A受力的說(shuō)法中正確的是,圖8,解析,答案,1,2,3,4,解析物塊A受到重力、支持力和摩擦力的作用.摩擦力提供A做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)所需的回復(fù)力，其大小和方向都隨時(shí)間變化，D選項(xiàng)正確.,1,2,3,4,3.(多選)關(guān)于做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體的說(shuō)法正確的是 A.加速度方向與位移方向有時(shí)相同，有時(shí)相反 B.速度方向與加速度方向有時(shí)相同，有時(shí)相反 C.速度方向與位移方向有時(shí)相同，有時(shí)相反 D.加速度方向總是與位移方向相反,解析,答案,1,2,3,4,解析回復(fù)力的方向與位移的方向始終相反，而加速度的方向與回復(fù)力的方向始終一致，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，D正確； 當(dāng)離開平衡位置時(shí)，速度與位移的方向相同，當(dāng)向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度與位移的方向相反，故選項(xiàng)B、C正確.,1,2,3,4,A.小球在O位置時(shí)，動(dòng)能最大，加速度最小 B.小球在A、B位置時(shí)，勢(shì)能最大，加速度最大 C.小球從A經(jīng)O到B的過程中，回復(fù)力一直做正功 D.小球從B到O的過程中，振動(dòng)的能量不斷增加,4.(多選)把一個(gè)小球套在光滑細(xì)桿上，球與輕彈簧相連組成彈簧