2.简谐运动的力学特征:
问题:弹簧振子振动时,回复力与位移是什么关系?
引导同学分析、讨论:
分析:由振动过程的分析可知,振子的位移总是相对于平衡位置而言的,即初位置是平衡位置,位移可以用振子的位置坐标x来表示,方向始终从平衡位置指向外侧。在研究机械振动时,我们把偏离平衡位置的位移简称为位移。回复力的方向始终指向平衡位置,因而回复力的方向与振子的位移方向始终相反。
归纳同学的回答得到:根据胡克定律,弹簧振子的回复力与位移成正比,与位移方向相反。
明确:物体在跟位移大小成正比,并且总指向平衡位置的力作用下的振动,叫做简谐运动。
表达式:F=-kx
说明式中F为回复力;x为偏离平衡位置的位移;k是常数,对于弹簧振子,k是劲度系数,对于其他物体的简谐运动,k是别的常数;负号表示回复力与位移的方向总相反。
理论研究表明,如果质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总指向平衡位置,质点的运动就是简谐运动。做简谐运动的质点,回复力总满足F=-kx的形式。式中k是比例常数。这就是简谐运动的动力学特征。
弹簧振子的振动只是简谐运动的一种。对水平弹簧振子来说,回复力就是弹簧的弹力。在弹簧发生弹性形变时,弹簧振子的回复力F跟振子偏离平衡位置的位移x成正比。
3.简谐运动回复力来源:
思考:一般振动有没有回复力?一定是弹力吗?下面分析几种振动的回复力。
(1)对于竖直方向的弹簧振子来说,回复力来源什么?定性分析竖直悬挂的弹簧振子的回复力。(已知弹簧的劲度系数K)
学生:回复力由弹力和重力的合力提供。
(2)对于两个光滑的斜面用小圆弧紧密对接起来,小球从某一高度由静止释放,小球来回摆动,这种情况分析回复力由什么力提供?
学生:回复力由重力沿斜面向下的分力提供。
思考:这种运动是简谐运动吗?
学生:回复力是重力沿斜面向下的分力,回复力是恒力,所以它不是简谐运动。