粵教版選修34簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的力和能量特征 第1課時(shí) 學(xué)案 .docx

第二節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的力和能量特征學(xué)習(xí)目標(biāo)：1能說(shuō)出回復(fù)力的方向特征及其作用效果2能記住簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力的特點(diǎn)，會(huì)判斷一個(gè)振動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)3會(huì)分析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的能量轉(zhuǎn)化，能說(shuō)出振幅越大，振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能越大的原因重點(diǎn)：1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)滿足fkx關(guān)系2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒難點(diǎn)：判斷一個(gè)振動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的力的特征1回復(fù)力的方向跟振子偏離平衡位置的位移方向相反，總是指向平衡位置，它的作用是使振子能回到平衡位置2做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的彈簧振子所受回復(fù)力的數(shù)學(xué)表達(dá)式為fkx，其中“”表示f方向與x方向總是相反，回復(fù)力是周期性變化的力預(yù)習(xí)交流凡是振動(dòng)的物體都要受回復(fù)力作用嗎？它們所受的回復(fù)力都滿足f=kx這一關(guān)系嗎？答案：所有振動(dòng)的物體都要受回復(fù)力作用，它們是在回復(fù)力和慣性的雙重作用下運(yùn)動(dòng)，但并不是所有振動(dòng)中物體所受的回復(fù)力都滿足f=kx的關(guān)系，只有做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體所受的回復(fù)力才滿足這一關(guān)系二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量的特征1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程是一個(gè)動(dòng)能和勢(shì)能不斷轉(zhuǎn)化的過(guò)程，在任意時(shí)刻振動(dòng)物體的總機(jī)械能不變2在平衡位置，動(dòng)能最大，勢(shì)能最??；在位移最大處，勢(shì)能最大，動(dòng)能最小3振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能跟振幅有關(guān)，振幅越大，機(jī)械能越大三點(diǎn)剖析1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的受力特征 物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的受力條件是：f=-kx.f表示物體所受的回復(fù)力，負(fù)號(hào)表示回復(fù)力與物體偏離平衡位置的位移方向相反，此式表示回復(fù)力與位移大小成正比與位移方向相反.由此也可判斷物體的加速度也是與物體偏離平衡位置位移大小成正比，方向相反. 回復(fù)力是按效果命名的，它可以是一個(gè)力，也可以是多個(gè)力的合力，或一個(gè)力的分力.回復(fù)力的效果就是使其做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體回到平衡點(diǎn). 由回復(fù)力做功情況也可知，振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能，勢(shì)能的變化情況：由平衡位置向最大位移運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)能減小，勢(shì)能增加，反之則動(dòng)能增加勢(shì)能減小.2.判斷一個(gè)物體的振動(dòng)是否是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).(1)判斷振動(dòng)物體的回復(fù)力是否滿足其大小與位移成正比，方向總與位移方向相反.證明思路為：確定振動(dòng)停止時(shí)保持靜止的位置平衡位置，再明確回復(fù)力，即物體在振動(dòng)方向上所受的合外力，考查振動(dòng)物體在任一點(diǎn)受到的回復(fù)力的特點(diǎn)，是否滿足f=-kx,若是，則是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；若不是，則不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，只是一般的振動(dòng).注意f=-kx中的k是個(gè)比例系數(shù)，是由振動(dòng)系統(tǒng)本身性質(zhì)決定的.(2)a=也是判別一個(gè)物體是否做間諧運(yùn)動(dòng)的依據(jù).各個(gè)擊破【例1】一平臺(tái)沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，一物體置于振動(dòng)平臺(tái)上隨平臺(tái)一起運(yùn)動(dòng).當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)處于什么位置時(shí)，物體對(duì)臺(tái)面的正壓力最大( )a.當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)b.當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)過(guò)振動(dòng)中心點(diǎn)時(shí)c.當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)d.當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)過(guò)振動(dòng)中心點(diǎn)時(shí)解析：物體隨平臺(tái)在豎直方向振動(dòng)過(guò)程中，僅受兩個(gè)力作用：重力、臺(tái)面支持力.由這兩個(gè)力的合力作為振動(dòng)的回復(fù)力，并產(chǎn)生始終指向平衡位置的加速度.物體在最高點(diǎn)a和最低點(diǎn)b時(shí)，所受回復(fù)力和加速度的大小相等，方向均指向o點(diǎn)，如圖1-2-1所示.根據(jù)牛頓第二定律得圖1-2-1最高點(diǎn) mg-fna=ma最低點(diǎn) fnb-mg=ma平衡位置 fno-mg=0fnbfnofna即振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，平臺(tái)對(duì)物體的支持力最大.根據(jù)牛頓第三定律，物體對(duì)平臺(tái)的壓力也最大.答案：c【例2】在光滑水平面上有質(zhì)量為m的滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn))兩側(cè)用勁度系數(shù)分別為k1,k2的輕彈簧拉住，彈簧的自然長(zhǎng)度分別為l1和l2，兩豎直墻的距離為l1+l2，如圖1-2-2所示，如果將滑塊向右拉過(guò)一段位移后釋放，滑塊是否做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)？圖1-2-2解析：解此類題的關(guān)鍵在于熟記概念.一般物體振動(dòng)的平衡位置就是其靜止時(shí)所處的位置，再假設(shè)此一任意位移，求出回復(fù)力.此振子的平衡位置在距左墻l1,右墻l2處，假設(shè)此滑塊在運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)到距平衡位置向右x處，取向左為正，由胡克定律有：f回=-k1x-k2x=-(k1+k2)x，所以此滑塊的運(yùn)動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).答案：是課堂檢測(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可以是大小不變而方向變化的力d一定是變力答案：d解析：根據(jù)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)物體的回復(fù)力的特征，回復(fù)力與位移成正比，與位移的方向相反，所以，位移的大小和方向都做周期性變化2.關(guān)于水平的彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，下列說(shuō)法不正確的有（）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)能量也越大答案：d解析：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒，選項(xiàng)c正確，選項(xiàng)d錯(cuò)誤；平衡位置的彈性勢(shì)能為零，所以總能量就是平衡位置的動(dòng)能，選項(xiàng)a正確；在最大位移處，動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化成彈性勢(shì)能，選項(xiàng)b正確3如圖所示，對(duì)水平面上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的彈簧振子m的受力分析正確的是（）a重力、支持力、彈簧的彈力b重力、支持力、彈簧的彈力、回復(fù)力c重力、支持力、回復(fù)力、摩擦力d重力、支持力、摩擦力答案：a解析：彈簧振子是一個(gè)理想化的物理模型、忽略摩擦力，運(yùn)動(dòng)中只受重力、支持力、彈簧的彈力三個(gè)力作用，這三個(gè)力的合力提供回復(fù)力，回復(fù)力是效果力，故a正確4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動(dòng)能、回復(fù)力、位移c加速度、速度、勢(shì)能d速度、動(dòng)能、回復(fù)力答案：b解析：通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程的分析可知，在同一位置，位移、加速度、回復(fù)力、動(dòng)能、勢(shì)能一定相同，由于通過(guò)同一位置具有往復(fù)性，所以速度可能相同，也可能相反，故選項(xiàng)b正確5做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，其加速度a隨位移x變化的規(guī)律是下圖中的（）答案：b解析：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力總是滿足fkx，由牛頓第二定律知ax，即加速度大小與位移成正比，“”表示加速度方向總是與位移方向相反，故b正確6彈簧振子在做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是（）a在平衡位置