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2019-2020年高中物理
11.3简谐运动的回复力和能量导学案新人教版选修3-4【学习目标】1.掌握物体做简谐运动时回复力的特点,据此可判断物体是否做简谐运动2.理解回复力的含义3.知道简谐运动中的能量相互转化及转化的过程中机械能是守恒的【重点难点】重点简谐运动时回复力的特点及描述简谐运动的歌物理量的变化规律难点简谐运动的动力学分析及能量分析【学习内容】【自主预习】1.简谐运动的回复力1定义使振动物体回到平衡位置的力2效果把物体拉回到平衡位置.3方向总是指向.4表达式F=-kx.即回复力与物体的位移大小成,“-”表明同复力与位移方向始终,k是一个常数,由简谐运动系统决定.5简谐运动的动力学定义如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成,并且总是指向,质点的运动就是简谐运动.2.简谐运动的能量1振动系统的状态与能量的关系一般指振动系统的机械能.振动的过程就是动能和势能互相转化的过程.
①在最大位移处,最大,为零;
②在平衡位置处,最大,最小;
③在简谐运动中,振动系统的机械能选填“守恒”或“减小”,因此简谐运动是一种理想化的模型.2决定能量大小的因素振动系统的机械能跟有关.越大,机械能就越大,振动越强.对于一个确定的简谐运动是选填“等幅”或“减幅”振动.[关键一点]实际的运动都有一定的能量损耗,因此实际的运动振幅逐渐减小,简谐运动是一种理想化的模型.【典型例题】
一、对简谐运动的理解【例1】一质量为m的小球,通过一根轻质弹簧悬挂在天花板上,如图11-3-2所示1小球在振动过程中的回复力实际上是________;2该小球的振动________填“是”或“否”为简谐运动;3在振子向平衡位置运动的过程中 A.振子所受的回复力逐渐增大B.振子的位移逐渐增大C.振子的速度逐渐减小D.振子的加速度逐渐减小
二、简谐运动的对称性【例2】如图11-3-5所示,弹簧下面挂一质量为m的物体,物体在竖直方向上做振幅为A的简谐运动,当物体振动到最高点时,弹簧正好为原长则物体在振动过程中 A.物体在最低点时的弹力大小应为2mgB.弹簧的弹性势能和物体的动能总和保持不变C.弹簧最大弹性势能等于2mgAD.物体的最大动能应等于mgA
三、简谐运动的能量【例3】.弹簧振子做简谐运动,下列说法中正确的是 A.振子在平衡位置时,动能最大,势能最小B.振子在最大位移处,势能最大,动能最小C.振子在向平衡位置运动时,由于振子振幅减小,故总机械能减小D.在任意时刻,动能与势能之和保持不变【例4】.如图3-2所示,一弹簧振子在A、B间做简谐运动,平衡位置为O,已知振子的质量为M,若振子运动到B处时将一质量为m的物体放到M的上面,且m和M无相对运动而一起运动,下述正确的是 A.振幅不变 B.振幅减小C.最大动能不变D.最大动能减少【课堂小结与反思】【课后作业与练习】
1、做简谐运动的质点通过平衡位置时,具有最大值的物理量是_________A.加速度B.速度C.位移D.动能E.回复力F.势能
2、下列说法中正确的是()A.弹簧振子的运动是简谐运动B.简谐运动就是指弹簧振子的运动C.简谐运动是匀变速直线运动D.简谐运动是机械运动中最基本最简单的一种
3、关于做简谐运动物体的说法正确的是()A.加速度与位移方向有时相同,有时相反B.速度方向与加速度有时相同,有时相反C.速度方向与位移方向有时相同,有时相反D.加速度方向总是与位移方向相反
4、做简谐运动的物体,当位移为负值时,以下说法正确的是()A.速度一定为正值,加速度一定为正值B.速度不一定为正值,但加速度一定为正值C.速度一定为负值,加速度一定为正值D.速度不一定为负值,加速度一定为负值
5、在简谐运动中,振子每次经过同一位置时,下列各组中描述振动的物理量总是相同的是()A.速度、加速度、动量和动能B.加速度、动能、回复力和位移C.加速度、动量、动能和位移D.位移、动能、动量和回复力
6、当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时,下列说法正确的是()A.振子在振动过程中,速度相同时,弹簧的长度一定相等B.振子从最低点向平衡位置运动过程中,弹簧弹力始终做负功C.振子在振动过程中的回复力由弹簧的弹力和振子的重力的合力提供D.振子在振动过程中,系统的机械能一定守恒
7、关于弹簧振子做简谐运动时的能量,下列说法正确的有()A.等于在平衡位置时振子的动能B.等于在最大位移时弹簧的弹性势能C.等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和D.位移越大振动能量也越大8.弹簧振子做简谐运动,下列说法中正确的是 A.振子在平衡位置时,动能最大,势能最小B.振子在最大位移处,势能最大,动能最小C.振子在向平衡位置运动时,由于振子振幅减小,故总机械能减小D.在任意时刻,动能与势能之和保持不变9.如图3-1所示为一水平弹簧振子的振动图象,由此可知 A.在t1时刻,振子的动能最大,所受的弹力最大B.在t2时刻,振子的动能最大,所受的弹力最小C.在t3时刻,振子的动能量大,所受的弹力最小D.在t4时刻,振子的动能最大,所受的弹力最大10.关于振幅,以下说法中正确的是 A.物体振动的振幅越大,振动越强烈B.一个确定的振动系统,振幅越大振动系统的能量越大C.振幅越大,物体振动的位移越大D.振幅越大,物体振动的加速度越大11.如图3-3所示,A、B分别为单摆做简谐振动时摆球的不同位置其中,位置A为摆球摆动的最高位置,虚线为过悬点的竖直线以摆球最低位置为重力势能零点,则摆球在摆动过程中 A.位于B处的动能最大B.位于A处时势能最大C.在位置A的势能大于在位置B的动能D.在位置B的机械能大于在位置A的机械能12.下列关于简谐运动的说法,正确的是 A.只要有回复力,物体就会做简谐运动B.物体做简谐运动时,速度方向有时与位移方向相反,有时与位移方向相同C.物体做简谐运动时,加速度最大,速度也最大D.物体做简谐运动时,加速度和速度方向总是与位移方向相反13.公路上匀速行驶的货车受一扰动,车上货物随车厢底板上下振动但不脱离底板一段时间内货物在竖直方向的振动可视为简谐运动,周期为T取竖直向上为正方向,以某时刻作为计时起点,即t=0,其振动图象如图3-5所示,则 A.t=T时,货物对车厢底板的压力最大B.t=T时,货物对车厢底板的压力最小C.t=T时,货物对车厢底板的压力最大D.t=T时,货物对车厢底板的压力最小。