高中物理 11.3《簡諧運動的回復力和能量》課件 新人教版選修3-4.ppt

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高中物理新人教版 選修３- 4系列課件,11.3《簡諧運動的 回復力和能量》,教學目標,一、知識目標 1.知道振幅越大，振動的能量(總機械能)越大；2.對單擺，應能根據機械能守恒定律進行定量計算；3.對水平的彈簧振子，應能定量地說明彈性勢能與動能的轉化；4.知道簡諧運動的回復力特點及回復力的來源。5.知道在什么情況下可以把實際發(fā)生的振動看作簡諧運動。 二、能力目標 1.分析單擺和彈簧振子振動過程中能量的轉化情況，提高學生分析和解決問題的能力。2.通過阻尼振動的實例分析，提高處理實際問題的能力。,三、德育目標 1.簡諧運動過程中能量的相互轉化情況，對學生進行物質世界遵循對立統(tǒng)一規(guī)律觀點的滲透。 2.振動有多種不同類型說明各種運動形式都是普遍性下的特殊性的具體體現(xiàn)。 【教學重點】 1.對簡諧運動中能量轉化和守恒的具體分析。 2.什么是阻尼振動。 【教學難點】 關于簡諧運動中能量的轉化。,一、機械振動 1.定義:物體在平衡位置附近所做的往復運動. 2.特點: 對稱性; 周期性.,二、彈簧振子模型 1.小球看成質點; 2.忽略彈簧質量; 3.忽略阻力.,三、振動圖像(x--t圖象) 橫坐標t—時間;縱坐標x—偏離平衡位置的位移.,復習：簡諧運動及其描述,位移x:總是從平衡位置指向振子位置.,4、特征值法:振幅; 周期、頻率; 相位. 強弱； 快慢; 步調.,四、簡諧運動的描述 1、定義法:位移隨時間按正弦規(guī)律變化.,3、圖象法:是正弦曲線.,2、公式法：,復習：簡諧運動及其描述,,思考1:彈簧振子為什么會做往復運動?,答:1.存在力;,慣性.,思考2:這個力有什么特點?,2.總是指向平衡位置.,1.定義:振動物體受到的總是指向平衡位置的力.,一、簡諧運動的回復力,回復力是按力的作用效果命名的.,2.來源:,物體在振動方向上的合力.,,3.公式:,“-” 表示回復力方向始終與位移方向相反.,,(胡克定律),k ----彈簧的勁度系數(shù)(常量),x ----振子離開平衡位置的位移,簡稱位移, 方向總是背離平衡位置.,(1)大小:,一、簡諧運動的回復力,(2)方向: 總是指向平衡位置.,如果質點所受的回復力與它偏離平衡位置的位移大小成正比，并且總是指向平衡位置 (即與位移方向相反),質點的運動就是簡諧運動.即 回復力滿足F= -kx 的運動就是簡諧運動.,注意： 對一般的簡諧運動,由于回復力不一定是彈簧的彈力,所以k不一定是勁度系數(shù)而是回復力與位移的比例系數(shù).,一、簡諧運動的回復力,4.簡諧運動的動力學特點,5.簡諧運動的運動學特點,一、簡諧運動的回復力,如圖所示，某一時刻彈簧振子的小球運動到平衡位置右側，距平衡位置0點3cm處的B點，已知小球的質量為1kg，小球離開平衡位置的最大距離為5cm，彈簧的勁度系數(shù)為200N/m，求： (1)最大回復力的大小是多少？,(2)在B點時小球受到的回復力的大小和方向？,(3)此時小球的加速度大小和方向？,(4)小球的運動方向怎樣？,,思考,6.簡諧運動中x F a v的變化規(guī)律,,,,,,O→C,最大,向右,向左,向右,最大,向左,最大,向右,0,,減小,增大,減小,向左,減小,減小,增大,向右,向右,向右,0,,0,,0,,最大,向右,增大,增大,向左,向右,增大,向左,減小,向右,最大,向右,最大,向左,最大,向左,0,,減小,向右,減小,減小,向左,向左,增大,向左,0,,0,,0,,最大,向左,增大,增大,向右,向左,振,,,物理量,變,化,規(guī),律,子,位,置,簡諧運動中振子的受力及運動情況分析,,,,(1)當物體從最大位移處向平衡位置運動時，由于v與a的方向一致，物體做加速度越來越小的加速運動。 (2)當物體從平衡位置向最大位移處運動時，由于v與a的方向相反，物體做加速度越來越大的減速運動。,簡諧運動的加速度大小和方向都隨時間做周期性的變化，所以 簡諧運動是變加速運動.,,,,思考：在簡諧運動過程中，振子能量變化情況如何?,,,,,O→B,振,,,物理量,變,化,規(guī),律,子,位,置,,,,,,二.簡諧運動的能量,,思考：在簡諧運動過程中，振子能量變化情況如何？,,,,,O→B,振,,,物理量,變,化,規(guī),律,子,位,置,,,,,二.簡諧運動的能量,簡諧運動的能量由勁度系數(shù)和振幅決定.勁度系數(shù)越大,振幅越大，振動的能量越大.,簡諧運動中動能和勢能在發(fā)生相互轉化，但機械能的總量保持不變，即機械能守恒.,3 簡諧運動的回復力和能量 小結,一、簡諧運動的回復力,F=-kx,1.回復力:振動物體受到的總是指向平衡位置的力.,是物體在振動方向上的合外力.,二.簡諧運動的能量,簡諧運動中動能和勢能在發(fā)生相互轉化，但機械能的總量保持不變，即機械能守恒.,2.簡諧運動,動力學特點：,運動學特點：,,判斷物體是否做簡諧運動的方法： (1)運動學法：振動圖像; (2)動力學法：F=- kx.,思考題： 豎直方向振動的彈簧振子所做的振動是簡諧運動嗎?,,證明:豎直懸掛的彈簧振子做簡諧運動,證明: 豎直懸掛的彈簧振子做簡諧運動,證明步驟： 1.找平衡位置0; 2.找回復力F ; 3.找F、x大小關系; 4.找F、x方向關系.,證明:平衡狀態(tài)時有: mg=-kx0 當向下拉動x長度時彈簧所受的 合外力為 F=-k(x+x0)+mg =-kx-kx0+mg =-kx (符合簡諧運動的公式),例1:做簡諧運動的物體，當位移為負值時，以下說法正確的是 （ ）,A.速度一定為正值，加速度一定為正值 B.速度不一定為正值,但加速度一定為正值 C.速度一定為負值,加速度一定為正值 D.速度不一定為負值,加速度一定為負值,,B,例2:在簡諧運動中,振子每次經過同一位置時,下列各組中描述振動的物理量總是相同的是 （ ） A．速度、加速度、動能 B．加速度、回復力和位移 C．加速度、動能和位移 D．位移、動能、回復力,BCD,例3:當一彈簧振子在豎直方向上做簡諧運動時，下列說法正確的（ ）,A．振子在振動過程中，速度相同時，彈簧的長度一定相等 B．振子從最低點向平衡位置運動過程中，彈簧彈力始終做負功 C．振子在振動過程中的回復力由彈簧的彈力和振子的重力的合力提供 D．振子在振動過程中，系統(tǒng)的機械能一定守恒,CD,例4:關于彈簧振子做簡諧運動時的能量，下列說法正確的有 （ ）,A．等于在平衡位置時振子的動能 B．等于在最大位移時彈簧的彈性勢能 C．等于任意時刻振子動能與彈簧彈性勢能之和 D．位移越大振動能量也越大,ABC,例5:如圖是質點做簡諧振動的圖像,由此可知: A．t=0時，質點的位移、速度均為零 B．t=1s時，質點的位移為正向最大，速度為零，加速度為負向最大 C．t=2s時，質點的位移為零，速度為負向最大值，加速度為零 D．質點的振幅為5cm， 周期為2s,BC,練1:作簡諧運動的物體，當它每次經過同一位置時，一定相同的物理量是（ ） A.速度 B.位移 C.回復力 D.加速度,BCD,練2:彈簧振子作簡諧運動時，以下說法正確的是 ( ) A．振子通過平衡位置時，回復力一定為零 B．振子做減速運動，加速度卻在增大 C．振子向平衡位置運動時,加速度方向與速度方向相反 D．振子遠離平衡位置運動時,加速度方向與速度方向相反,ABD,練3:如圖所示,是一彈簧振子,設向右方向為正,0為平衡位置，則 ( ) A．A→0位移為負值，速度為正值 B．0→B時,位移為正值,加速度為負值 C．B→0時,位移為負值,速度為負值 D．0→A時,位移為負值,加速度為正值,ABD,練4:一個彈簧振子在光滑的水平面上做簡諧運動,其中有兩個時刻彈簧振子的彈力大小相等,但方向相反,則這兩個時刻振子的 ( ) A.速度一定大小相等,方向相反 B.加速度一定大小相等,方向相反 C.位移一定大小相等,但方向不一定相反 D.以上三項都不一定大小相等方向相反,B,