簡(jiǎn)諧振動(dòng)回復(fù)力理解

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

動(dòng)量守恒定律是宏觀世界和微觀世界都遵守的共同規(guī)律,應(yīng)用非常廣泛。動(dòng)量守恒定律的適用條件是相互作用的物質(zhì)系統(tǒng)不受外力,實(shí)際上我們知道,真正滿足不受外力的情況幾乎是不存在的。所以,動(dòng)量守恒定律應(yīng)用重在“三個(gè)”選取。

動(dòng)量守恒條件近似性的選取

根據(jù)動(dòng)量守恒定律成立時(shí)的受力情況分以下三種:

(1)系統(tǒng)受到的合外力為零的情況。

(2)系統(tǒng)所受的外力比相互作用力(內(nèi)力)小很多,以致可以忽略外力的影響。

因?yàn)閯?dòng)量守恒定律是針對(duì)系統(tǒng)而言的,它告訴我們,系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體之間盡管有內(nèi)力作用,不管這些內(nèi)力是什么性質(zhì)的力,系統(tǒng)內(nèi)力的沖量只能改變系統(tǒng)中單個(gè)物體的動(dòng)量,而不能改變系統(tǒng)的總動(dòng)量。如碰撞問題中摩擦力,碰撞過程中的重力等外力比相互作用的內(nèi)力小得多且碰撞時(shí)間很小時(shí),可忽略其力的沖量的影響,認(rèn)為系統(tǒng)的總動(dòng)量守恒。這是物理學(xué)中忽略次要因素,突出重點(diǎn)的常用方法。

(3)系統(tǒng)整體上不滿足動(dòng)量守恒的條件,但在某一特定方向上,系統(tǒng)不受外力或所受的外力遠(yuǎn)小于內(nèi)力,則系統(tǒng)沿這一方向的分動(dòng)量守恒。

高一物理教材中,回復(fù)力是根據(jù)水平方向的彈簧振子的振動(dòng)規(guī)律總結(jié)出來的,即回復(fù)力指的是使彈簧振子回到平衡位置的力亦即彈簧的彈力。這就使得學(xué)生對(duì)回復(fù)力的理解比較狹隘,且不能將它靈活應(yīng)用到其它的簡(jiǎn)諧振動(dòng)模式中去。因此我們?cè)?a href="http://www.yy-art.cn/gaosan/" target="_blank">高三復(fù)習(xí)時(shí)有必要將回復(fù)力問題講清、講透。

一、給回復(fù)力完整的定義。

回復(fù)力是指振動(dòng)物體所受的總是指向平衡位置的合外力。從此定義中讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到:

1.回復(fù)力是合外力,不單純是指某一個(gè)力。它是根據(jù)力的作用效果命名的,類似于向心力。

2.回復(fù)力的方向是“指向平衡位置”。如圖作簡(jiǎn)諧

振動(dòng)的單擺,受重力和繩的拉力作用,繩的拉力和重 力的法向分力的合力提供圓周運(yùn)動(dòng)的向心力;指向平衡位置的合外力是重力的切向分力,它提供了單擺振動(dòng)的回復(fù)力。

二、加強(qiáng)對(duì)回復(fù)力公式的理解和應(yīng)用。

簡(jiǎn)諧振動(dòng)的回復(fù)力公式為F=-KX

1.式中“?”號(hào)表示回復(fù)力的方向與物體對(duì)平衡位置的位移方向相反,亦即指向平衡位置。計(jì)算時(shí)為避免發(fā)生錯(cuò)誤,將“?”號(hào)省去,直接判斷回復(fù)力的方向。

2. 式中K是指回復(fù)力與位移成正比的比例系數(shù),不能與彈簧的勁度系數(shù)相混淆。如上圖單擺的振動(dòng)中:F=mgsinα,若α<5°,有sinα=X/L,則F= mgX/L,即K=mg/L 。一般而言,彈簧振子的振動(dòng)中K表示彈簧的勁度系數(shù),但也不能一概而論。


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