高中物理 11.3《簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的 回復(fù)力和能量》,教學(xué)目標(biāo),一、知識(shí)目標(biāo) 1.知道振幅越大，振動(dòng)的能量(總機(jī)械能)越大；2.對(duì)單擺，應(yīng)能根據(jù)機(jī)械能守恒定律進(jìn)行定量計(jì)算；3.對(duì)水平的彈簧振子，應(yīng)能定量地說(shuō)明彈性勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化；4.知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力特點(diǎn)及回復(fù)力的來(lái)源。5.知道在什么情況下可以把實(shí)際發(fā)生的振動(dòng)看作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。 二、能力目標(biāo) 1.分析單擺和彈簧振子振動(dòng)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化情況，提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。2.通過(guò)阻尼振動(dòng)的實(shí)例分析，提高處理實(shí)際問(wèn)題的能力。,三、德育目標(biāo) 1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量的相互轉(zhuǎn)化情況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行物質(zhì)世界遵循對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律觀點(diǎn)的滲透。 2.振動(dòng)有多種不同類型說(shuō)明各種運(yùn)動(dòng)形式都是普遍性下的特殊性的具體體現(xiàn)。 【教學(xué)重點(diǎn)】 1.對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中能量轉(zhuǎn)化和守恒的具體分析。 2.什么是阻尼振動(dòng)。 【教學(xué)難點(diǎn)】 關(guān)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中能量的轉(zhuǎn)化。,一、機(jī)械振動(dòng) 1.定義:物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng). 2.特點(diǎn): 對(duì)稱性; 周期性.,二、彈簧振子模型 1.小球看成質(zhì)點(diǎn); 2.忽略彈簧質(zhì)量; 3.忽略阻力.,三、振動(dòng)圖像(x--t圖象) 橫坐標(biāo)t—時(shí)間;縱坐標(biāo)x—偏離平衡位置的位移.,復(fù)習(xí)：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(qiáng)弱； 快慢; 步調(diào).,四、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述 1、定義法:位移隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化.,3、圖象法:是正弦曲線.,2、公式法：,復(fù)習(xí)：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及其描述,,思考1:彈簧振子為什么會(huì)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)?,答:1.存在力;,慣性.,思考2:這個(gè)力有什么特點(diǎn)?,2.總是指向平衡位置.,1.定義:振動(dòng)物體受到的總是指向平衡位置的力.,一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力,回復(fù)力是按力的作用效果命名的.,2.來(lái)源:,物體在振動(dòng)方向上的合力.,,3.公式:,“-” 表示回復(fù)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(kāi)平衡位置的位移,簡(jiǎn)稱位移, 方向總是背離平衡位置.,(1)大小:,一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力,(2)方向: 總是指向平衡位置.,如果質(zhì)點(diǎn)所受的回復(fù)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(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).即 回復(fù)力滿足F= -kx 的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).,注意： 對(duì)一般的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),由于回復(fù)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(fù)力與位移的比例系數(shù).,一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力,4.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn),5.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn),一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力,如圖所示，某一時(shí)刻彈簧振子的小球運(yùn)動(dòng)到平衡位置右側(cè)，距平衡位置0點(diǎn)3cm處的B點(diǎn)，已知小球的質(zhì)量為1kg，小球離開(kāi)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(fù)力的大小是多少？,(2)在B點(diǎn)時(shí)小球受到的回復(fù)力的大小和方向？,(3)此時(shí)小球的加速度大小和方向？,(4)小球的運(yùn)動(dòng)方向怎樣？,,思考,6.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中振子的受力及運(yùn)動(dòng)情況分析,,,,(1)當(dāng)物體從最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于v與a的方向一致，物體做加速度越來(lái)越小的加速運(yùn)動(dòng)。 (2)當(dāng)物體從平衡位置向最大位移處運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于v與a的方向相反，物體做加速度越來(lái)越大的減速運(yùn)動(dòng)。,簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的加速度大小和方向都隨時(shí)間做周期性的變化，所以 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是變加速運(yùn)動(dòng).,,,,思考：在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量,,思考：在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量,簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(dòng)的能量越大.,簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能和勢(shì)能在發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變，即機(jī)械能守恒.,3 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量 小結(jié),一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力,F=-kx,1.回復(fù)力:振動(dòng)物體受到的總是指向平衡位置的力.,是物體在振動(dòng)方向上的合外力.,二.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量,簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能和勢(shì)能在發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變，即機(jī)械能守恒.,2.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：,運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)：,,判斷物體是否做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的方法： (1)運(yùn)動(dòng)學(xué)法：振動(dòng)圖像; (2)動(dòng)力學(xué)法：F=- kx.,思考題： 豎直方向振動(dòng)的彈簧振子所做的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)嗎?,,證明:豎直懸掛的彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),證明: 豎直懸掛的彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),證明步驟： 1.找平衡位置0; 2.找回復(fù)力F ; 3.找F、x大小關(guān)系; 4.找F、x方向關(guān)系.,證明:平衡狀態(tài)時(shí)有: mg=-kx0 當(dāng)向下拉動(dòng)x長(zhǎng)度時(shí)彈簧所受的 合外力為 F=-k(x+x0)+mg =-kx-kx0+mg =-kx (符合簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式),例1:做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)位移為負(fù)值時(shí)，以下說(shuō)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(fù)值,加速度一定為正值 D.速度不一定為負(fù)值,加速度一定為負(fù)值,,B,例2:在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中,振子每次經(jīng)過(guò)同一位置時(shí),下列各組中描述振動(dòng)的物理量總是相同的是 （ ） A．速度、加速度、動(dòng)能 B．加速度、回復(fù)力和位移 C．加速度、動(dòng)能和位移 D．位移、動(dòng)能、回復(fù)力,BCD,例3:當(dāng)一彈簧振子在豎直方向上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的（ ）,A．振子在振動(dòng)過(guò)程中，速度相同時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度一定相等 B．振子從最低點(diǎn)向平衡位置運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，彈簧彈力始終做負(fù)功 C．振子在振動(dòng)過(guò)程中的回復(fù)力由彈簧的彈力和振子的重力的合力提供 D．振子在振動(dòng)過(guò)程中，系統(tǒng)的機(jī)械能一定守恒,CD,例4:關(guān)于彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，下列說(shuō)法正確的有 （ ）,A．等于在平衡位置時(shí)振子的動(dòng)能 B．等于在最大位移時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能 C．等于任意時(shí)刻振子動(dòng)能與彈簧彈性勢(shì)能之和 D．位移越大振動(dòng)能量也越大,ABC,例5:如圖是質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的圖像,由此可知: A．t=0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移、速度均為零 B．t=1s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移為正向最大，速度為零，加速度為負(fù)向最大 C．t=2s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移為零，速度為負(fù)向最大值，加速度為零 D．質(zhì)點(diǎn)的振幅為5cm， 周期為2s,BC,練1:作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它每次經(jīng)過(guò)同一位置時(shí)，一定相同的物理量是（ ） A.速度 B.位移 C.回復(fù)力 D.加速度,BCD,練2:彈簧振子作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，以下說(shuō)法正確的是 ( ) A．振子通過(guò)平衡位置時(shí)，回復(fù)力一定為零 B．振子做減速運(yùn)動(dòng)，加速度卻在增大 C．振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí),加速度方向與速度方向相反 D．振子遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí),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(shè)向右方向?yàn)檎?0為平衡位置，則 ( ) A．A→0位移為負(fù)值，速度為正值 B．0→B時(shí),位移為正值,加速度為負(fù)值 C．B→0時(shí),位移為負(fù)值,速度為負(fù)值 D．0→A時(shí),位移為負(fù)值,加速度為正值,ABD,練4:一個(gè)彈簧振子在光滑的水平面上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),其中有兩個(gè)時(shí)刻彈簧振子的彈力大小相等,但方向相反,則這兩個(gè)時(shí)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(xiàng)都不一定大小相等方向相反,B,