高中物理簡諧運動知識點
2019-02-02 21:14:07三好網(wǎng)
一、弄清兩種模型——彈簧振子和單擺
1.彈簧振子是一種理想化模型,既然是理想化的,必須有一定的理想化條件加以限制,這正是必須提醒學(xué)生注意的,歸納起來有四點:(1)小球跟彈簧連接在一起,穿在一根桿上;(2)小球在桿上的滑動摩擦力可忽略不計,即視桿為光滑桿;(3)彈簧的質(zhì)量比小球的質(zhì)量小得多,可以忽略不計;(4)小球可視為質(zhì)點。滿足上述條件才能稱之為彈簧振子。根據(jù)桿的放置情況不同,彈簧振子�?嫉倪\動分水平方向的簡諧運動和豎直方向的簡諧運動。很多實際問題中沒有光滑桿,但也可抽象彈簧振子模型。
2.單擺:在細(xì)線的一端拴一個小球,另一端固定在懸點上,線的伸縮和質(zhì)量可忽略,線長遠大于球的直徑,這樣的裝置叫單擺。單擺是實際擺的理想化模型,理解概念時把握以下幾點:(1)小球密度較大,體積較小。(2)細(xì)線柔軟不可伸長,且線長遠大于小球直徑,線重可忽略不計,單擺在擺角小于5°時才做簡諧運動。
二、弄清物體做簡諧運動的定義
1.物體在跟偏離平衡位置的位移大小成正比,并且總指向平衡位置的回復(fù)力的作用下振動,叫做簡諧運動。
2.公式:回復(fù)力F=-kx。式中“-”號表示回復(fù)力與位移的方向總是相反。
注意:對一般的簡諧運動,k不能理解為勁度系數(shù),只能認(rèn)為是一比例常數(shù)。不同的簡諧運動,k值不同,k是由振動系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)決定的物理量。
3.物體受回復(fù)力作用后的往復(fù)運動不一定是簡諧運動。
如圖1所示,一個質(zhì)量為m的小球在光滑的折面AOB上做往復(fù)運動(小球在O點無能損失)。試判斷小球的運動是否為簡諧運動。
小球所受支持力與重力的一個分力平衡;重力沿斜面的一個分力總是使小球返回平衡位置,幫它是小球做往復(fù)運動的回復(fù)力,其大小同理,小球在OB斜面上所受回復(fù)力大小也是。因為斜面傾角是個恒量。所以小球受到的回復(fù)力雖然與位移方向始終相反。但回復(fù)力的大小不與位移大小成正比。根據(jù)“物體在跟位移大小成正比,并且總是指向平衡位置的力作用下的振動才是簡諧運動”的規(guī)律,可判斷該物體的運動只是一般的振動,而不是簡諧運動。通過分析,可使學(xué)生進一步理解產(chǎn)生簡諧運動的條件,明確受回復(fù)力作用的物體做的往復(fù)運動不一定為簡諧運動。
三、弄清平衡位置與平衡狀態(tài)概念的區(qū)別
所謂平衡狀態(tài),是指物體不受力或所受合力為零,處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)。做簡諧運動的物體,平衡位置的確切含義應(yīng)為物體所受的回復(fù)力為零的位置:如水平彈簧振子處于彈簧無形變的位置,單擺擺球(擺角小于5°)處于最低點的位置。
單擺的擺球在最低點時,受繩子拉力和重力作用,這兩力的合力提供做圓周運動的向心力,沿半徑指向圓心,不為零。小球不是處于平衡狀態(tài),但提供小球做簡諧運動的回復(fù)力的是重力沿切向方向的分力,在該位置時回復(fù)力為零,我們就稱這個位置為平衡位置。
所以,做簡諧運動的物體在平衡位置不一定總處于平衡狀態(tài)。
四、弄清簡諧運動滿足機械能守恒定律
彈簧振子和單擺在做簡諧運動時,盡管位移、速度、加速度、回復(fù)力均發(fā)生變化,但機械能的總量保持不變。原因是振子水平振動時只有彈力做功,單擺在擺動過程中只有重力做功,所以,它們都滿足機械能守恒的條件。
五、弄清簡諧運動中位移概念
為了研究問題的的方便,在描述簡諧運動物體位移中是取物體的平衡位置為位移參考點,即認(rèn)為在平衡位置位移為零,與一般運動中通常取初始位置為參考點不同。這一點要特別注意。