高中物理簡(jiǎn)諧運動(dòng)知識點(diǎn)

　　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(lái)有四點(diǎn)：（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(dòng)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(diǎn)。滿(mǎn)足上述條件才能稱(chēng)之為彈簧振子。根據桿的放置情況不同，彈簧振子�？嫉倪\動(dòng)分水平方向的簡(jiǎn)諧運動(dòng)和豎直方向的簡(jiǎn)諧運動(dòng)。很多實(shí)際問(wèn)題中沒(méi)有光滑桿，但也可抽象彈簧振子模型。

　　2．單擺：在細線(xiàn)的一端拴一個(gè)小球，另一端固定在懸點(diǎn)上，線(xiàn)的伸縮和質(zhì)量可忽略，線(xiàn)長(cháng)遠大于球的直徑，這樣的裝置叫單擺。單擺是實(shí)際擺的理想化模型，理解概念時(shí)把握以下幾點(diǎn)：(1)小球密度較大，體積較小。(2)細線(xiàn)柔軟不可伸長(cháng)，且線(xiàn)長(cháng)遠大于小球直徑，線(xiàn)重可忽略不計，單擺在擺角小于5°時(shí)才做簡(jiǎn)諧運動(dòng)。

　　二、弄清物體做簡(jiǎn)諧運動(dòng)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力的作用下振動(dòng)，叫做簡(jiǎn)諧運動(dòng)。

　　2．公式：回復力F＝－kx。式中“－”號表示回復力與位移的方向總是相反。

　　注意：對一般的簡(jiǎn)諧運動(dòng)，k不能理解為勁度系數，只能認為是一比例常數。不同的簡(jiǎn)諧運動(dòng)，k值不同，k是由振動(dòng)系統本身結構決定的物理量。

　　3．物體受回復力作用后的往復運動(dòng)不一定是簡(jiǎn)諧運動(dòng)。

　　如圖1所示，一個(gè)質(zhì)量為m的小球在光滑的折面AOB上做往復運動(dòng)（小球在O點(diǎn)無(wú)能損失）。試判斷小球的運動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運動(dòng)。

　　小球所受支持力與重力的一個(gè)分力平衡；重力沿斜面的一個(gè)分力總是使小球返回平衡位置，幫它是小球做往復運動(dòng)的回復力，其大小同理，小球在OB斜面上所受回復力大小也是。因為斜面傾角是個(gè)恒量。所以小球受到的回復力雖然與位移方向始終相反。但回復力的大小不與位移大小成正比。根據“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(dòng)才是簡(jiǎn)諧運動(dòng)”的規律，可判斷該物體的運動(dòng)只是一般的振動(dòng)，而不是簡(jiǎn)諧運動(dòng)。通過(guò)分析，可使學(xué)生進(jìn)一步理解產(chǎn)生簡(jiǎn)諧運動(dòng)的條件，明確受回復力作用的物體做的往復運動(dòng)不一定為簡(jiǎn)諧運動(dòng)。

　　三、弄清平衡位置與平衡狀態(tài)概念的區別

　　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(xiàn)運動(dòng)狀態(tài)。做簡(jiǎn)諧運動(dòng)的物體，平衡位置的確切含義應為物體所受的回復力為零的位置：如水平彈簧振子處于彈簧無(wú)形變的位置，單擺擺球（擺角小于5°）處于最低點(diǎn)的位置。

　　單擺的擺球在最低點(diǎn)時(shí)，受繩子拉力和重力作用，這兩力的合力提供做圓周運動(dòng)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(jiǎn)諧運動(dòng)的回復力的是重力沿切向方向的分力，在該位置時(shí)回復力為零，我們就稱(chēng)這個(gè)位置為平衡位置。

　　所以，做簡(jiǎn)諧運動(dòng)的物體在平衡位置不一定總處于平衡狀態(tài)。

　　四、弄清簡(jiǎn)諧運動(dòng)滿(mǎn)足機械能守恒定律

　　彈簧振子和單擺在做簡(jiǎn)諧運動(dòng)時(shí)，盡管位移、速度、加速度、回復力均發(fā)生變化，但機械能的總量保持不變。原因是振子水平振動(dòng)時(shí)只有彈力做功，單擺在擺動(dòng)過(guò)程中只有重力做功，所以，它們都滿(mǎn)足機械能守恒的條件。

　　五、弄清簡(jiǎn)諧運動(dòng)中位移概念

　　為了研究問(wèn)題的的方便，在描述簡(jiǎn)諧運動(dòng)物體位移中是取物體的平衡位置為位移參考點(diǎn)，即認為在平衡位置位移為零，與一般運動(dòng)中通常取初始位置為參考點(diǎn)不同。這一點(diǎn)要特別注意。