(2)可以证明,竖直放置的弹簧振子的振动也是简谐运动,周期公式也是。这个结论可以直接使用。
(3)在水平方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧的弹力;在竖直方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重力的合力。
【例1】 有一弹簧振子做简谐运动,则 ( )
A.加速度最大时,速度最大 B.速度最大时,位移最大
C.位移最大时,回复力最大 D.回复力最大时,加速度最大
解析:振子加速度最大时,处在最大位移处,此时振子的速度为零,由F= - kx知道,此时振子所受回复力最大,所以选项A错,C、D对.振子速度最大时,是经过平衡位置时,此时位移为零,所以选项B错.故正确选项为C、D
点评:分析振动过程中各物理量如何变化时,一定要以位移为桥梁理清各物理量间的关系:位移增大时,回复力、加速度、势能均增大,速度、动量、动能均减小;位移减小时,回复力、加速度、势能均减小,速度、动量、动能均增大.各矢量均在其值为零时改变方向,如速度、动量均在最大位移处改变方向,位移、回复力、加速度均在平衡位置改变方向.
【例2】 试证明竖直方向的弹簧振子的振动是简谐运动.
解析:如图所示,设振子的平衡位置为O,向下方向为正方向,此时弹簧的形变为 ,根据胡克定律及平衡条件有
①
当振子向下偏离平衡位置为时,回复力(即合外力)为
②
将①代人②得:,可见,重物振动时的受力符合简谐运动的条件.
点评:(1)分析一个振动是否为简谐运动,关键是判断它的回复力是否满足其大小与位移成正比,方向总与位移方向相反.证明思路为:确定物体静止时的位置--即为平衡位置,考查振动物体在任一点受到回复力的特点是否满足。(2)还要知道中的k是个比例系数,是由振动系统本身决定的,不仅仅是指弹簧的劲度系数.关于这点,在这里应理解为是简谐运动回复力的定义式.而且产生简谐运动的回复力可以是一个力,也可以是某个力的分力或几个力的合力.此题中的回复力为弹力和重力的合力.
【例3】 如图所示,质量为m的小球放在劲度为k的轻弹簧上,使小球上下振动而