高中物理簡諧運動知識點

　　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，這正是必須提醒學生注意的，歸納起來有四點：（1）小球跟彈簧連接在一起，穿在一根桿上；（2）小球在桿上的滑動摩擦力可忽略不計，即視桿為光滑桿；（3）彈簧的質量比小球的質量小得多，可以忽略不計；（4）小球可視為質點。滿足上述條件才能稱之為彈簧振子。根據桿的放置情況不同，彈簧振子常考的運動分水平方向的簡諧運動和豎直方向的簡諧運動。很多實際問題中沒有光滑桿，但也可抽象彈簧振子模型。

　　2．單擺：在細線的一端拴一個小球，另一端固定在懸點上，線的伸縮和質量可忽略，線長遠大于球的直徑，這樣的裝置叫單擺。單擺是實際擺的理想化模型，理解概念時把握以下幾點：(1)小球密度較大，體積較小。(2)細線柔軟不可伸長，且線長遠大于小球直徑，線重可忽略不計，單擺在擺角小于5°時才做簡諧運動。

　　二、弄清物體做簡諧運動的定義

　　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，叫做簡諧運動。

　　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：對一般的簡諧運動，k不能理解為勁度系數，只能認為是一比例常數。不同的簡諧運動，k值不同，k是由振動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不一定是簡諧運動。

　　如圖1所示，一個質量為m的小球在光滑的折面AOB上做往復運動（小球在O點無能損失）。試判斷小球的運動是否為簡諧運動。

　　小球所受支持力與重力的一個分力平衡；重力沿斜面的一個分力總是使小球返回平衡位置，幫它是小球做往復運動的回復力，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才是簡諧運動”的規律，可判斷該物體的運動只是一般的振動，而不是簡諧運動。通過分析，可使學生進一步理解產生簡諧運動的條件，明確受回復力作用的物體做的往復運動不一定為簡諧運動。

　　三、弄清平衡位置與平衡狀態概念的區別

　　所謂平衡狀態，是指物體不受力或所受合力為零，處于靜止或勻速直線運動狀態。做簡諧運動的物體，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形變的位置，單擺擺球（擺角小于5°）處于最低點的位置。

　　單擺的擺球在最低點時，受繩子拉力和重力作用，這兩力的合力提供做圓周運動的向心力，沿半徑指向圓心，不為零。小球不是處于平衡狀態，但提供小球做簡諧運動的回復力的是重力沿切向方向的分力，在該位置時回復力為零，我們就稱這個位置為平衡位置。

　　所以，做簡諧運動的物體在平衡位置不一定總處于平衡狀態。

　　四、弄清簡諧運動滿足機械能守恒定律

　　彈簧振子和單擺在做簡諧運動時，盡管位移、速度、加速度、回復力均發生變化，但機械能的總量保持不變。原因是振子水平振動時只有彈力做功，單擺在擺動過程中只有重力做功，所以，它們都滿足機械能守恒的條件。

　　五、弄清簡諧運動中位移概念

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