如图3所示为水平弹簧振子,振子在A、B之间做往复运动,在一个周期内振子的能量是如何变化的?请完成下表:
图3
过程 弹力做功(正、负) 能量转化 说明 A→O 正功 弹性势能转化为动能 不考虑阻力,弹簧振子振动过程中只有弹力做功,在任意时刻的动能和势能之和不变,即机械能守恒 O→B 负功 动能转化为弹性势能 B→O 正功 弹性势能转化为动能 O→A 负功 动能转化为弹性势能 [要点提炼]
1.弹簧振子在振动的一个周期内,动能和势能完成两次周期性的变化,经过平衡位置时,动能最大,势能最小,经过最大位移处时,势能最大,动能最小.
2.弹簧振子振动过程中只有弹力做功,在任意时刻的动能和势能之和不变,即机械能守恒,所以振幅保持不变.
3.简谐运动忽略阻力造成的损耗,即没有能量损失,因此简谐运动是一种理想化的振动状态.
例2 如图4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.
图4
(1)简谐运动的能量取决于________,振子振动时________能和________能相互转化,总______守恒.
(2)在振子振动过程中,下列说法正确的是( )
A.振子在平衡位置,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
(3)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无相对滑动而一起运动,下列说法正确的是( )
A.振幅不变 B.振幅减小
C.最大动能不变 D.最大动能减小
解析 (1)简谐运动的能量取决于振幅,振子振动时动能和弹性势能相互转化,总机械能