簡諧運動的能量 阻尼振動1.doc

岳陽市十一中學物理組陳鵬光教案2002年上學期六、簡諧運動的能量 阻尼振動教材：全日制高級中學物理試驗修訂本第九章第六節(jié)教學目標知識目標1、知道振幅越大，振動的能量（總機械能）越大；2、對單擺，就能根據(jù)機械能守恒定律進行定量計算；3、對水平的彈簧振子，應能定量地說明彈性勢能與動能的轉(zhuǎn)化；4、知道什么是陰尼振動和阻尼振動中能量轉(zhuǎn)化的情況；5、知道在什么情況下可以把實際發(fā)生的振動看作簡諧運動。能力目標1、分析單擺和彈簧振子振動過程中能量的轉(zhuǎn)化情況，提高學生分析和解決問題的能力。2、通過有多種不同類型說明各種運動形式都是普遍性下的特殊性的具體表現(xiàn)。德育目標1、簡諧運動過程中能量的相互轉(zhuǎn)化情況，對學生進行物質(zhì)世界遵循對立統(tǒng)一規(guī)律觀點的滲透。2、振動有多種不同類型說明各種運動形式都是普遍性下的特殊性的具體體現(xiàn)。教學重點1、對簡諧運動中能量轉(zhuǎn)化和守恒的具體分析。2、什么是阻尼振動。教學難點關于簡諧運動中能量的轉(zhuǎn)化。教學方法1、多媒體展示彈簧振子和單擺的振動過程，觀察、討論、閱讀課文，得到水平彈簧振子和單擺的振動過程中動能和勢能的轉(zhuǎn)化情況。2、多媒體、結(jié)合實驗演示，得到阻尼振動的概念。3、對比認識各種振動的特點。教學用具投影片、CAI課件、音叉、單擺、水平彈簧振子課時安排1課時教學步驟導入新課1、演示：取一個單擺，將其擺球拉到一定高度后釋放，觀察它的單擺擺支，最后學生概括現(xiàn)象；2、現(xiàn)象：單擺的振幅會越來越小，最后停下來。3、教師講解引入：實際振動的單擺為什么會停下來，今天我們來學習這個問題。板書：簡諧運動的能量 阻尼振動新課教學1、簡諧運動的能量（1）用多媒體模擬：水平彈簧振子在外力作用下把它拉伸，松開手后所做的簡諧運動。單擺的擺球被拉伸到某一位置后所做的簡諧運動，如下圖甲、乙所示：（2）試分析彈簧振子和單擺在振動中的能量轉(zhuǎn)化情況，并填入表格：表一：振子的運動AOOAAOOA能量的變化動能增大減少增大減少勢能減少增大減少增大總能不變不變不變不變表二：單擺的運動AOOAAOOA能量的變化動能增大減少增大減少勢能減少增大減少增大總能不變不變不變不變（3）學生討論后分析，抽代表回答，并把結(jié)果填入表格中。（4）用實物投影儀出示思考題：鄉(xiāng)長振子或單擺在振幅位置時具有什么能？該能量是如何獲得的？振子或單擺在平衡位置時具有什么能？該能量是如何獲得的？為什么在表格的總能量一欄填不變？（5）學生討論后得到：彈簧振子或單擺在振幅位置時具有彈性勢能或重力勢能，這些能量是由于外力對振子或擺球做功并使外界的能量轉(zhuǎn)化為彈性勢能或重力勢能儲存起來。在平衡位置時振子或擺球都具有動能，這個能量是由重力勢能轉(zhuǎn)化而來的。因為在振子和擺球的振動過程中，只有彈力或只有重力做功，系統(tǒng)的機械能守恒。（6）教師總結(jié)：在外力作用下，使振子或擺球振動起來，外力牟它們做的功越多，振子或擺球獲得的勢能也越大，同時振幅也越大；振子或單擺振動起來之后，由于是簡諧運動，所以能量守恒，此后它的振幅將保持不變。板書：簡諧運動是理想化的振動，振動過程中系統(tǒng)的能量守恒；系統(tǒng)的能量與振幅有關，振幅越大，能量越大。（7）用多媒體重新展示振子和彈簧的簡諧運動振動：并讓學生畫出其運動的圖象，抽查在實物投影儀上評析。2、阻尼振動（1）過渡引言：上邊我們研究了簡諧運動中能量的轉(zhuǎn)化，對簡諧運動而言，一量供給振動系統(tǒng)以一定的能量，使它開始振動，由于機械能守恒，它就以一定的振幅永不停息地振動下去，所以簡諧運動是一種理想化的振動，下邊我們來觀察兩個實際振動。（2）演示：實際的單擺發(fā)生的振動。敲擊音叉后音叉的振動。（3）學生描述觀察到的現(xiàn)象：單擺和音叉的振幅越來越小，最后停下來。（4）討論并解釋現(xiàn)象在單擺和音叉的振動過程中，不可避免地要克服摩擦力及其他阻力做功，系統(tǒng)的機械能就要損耗，振動的振幅就會逐漸減小，機械能耗盡之時，振動就會停下來了。（5）要求學生畫出上述單擺和音叉的運動圖象，并在實物投影儀上展示：（6）教師總結(jié)并板書：由于振動系統(tǒng)受到摩擦力和其他阻力，即受到阻尼作用，系統(tǒng)的機械能隨著時間而減少，同時振幅也逐漸減小，這樣的振動叫阻尼振動。阻尼過大時，系統(tǒng)將不能發(fā)生振動；阻尼越小，振幅減小得到越慢。（7）講解：所謂“阻尼”是指消耗系統(tǒng)能量的因素，它主要分兩類：一類是摩擦阻尼，例如單擺運動時的空氣阻力等；另一類是輻射阻尼，例如音叉發(fā)聲時，一部分機械能隨聲波輻射到周圍空間，導致音叉振幅減小。如果外界不斷組振動系統(tǒng)補充由于阻尼存在而導致的能量損耗，從而使振動的振幅不變，我們把這類振動叫無阻尼振動。無阻尼振動也是等幅振動。（8）學生閱讀課文，回答在什么情況下，阻尼振動可以作為簡諧運動來處理？學生答：當阻尼很小時，在一段不太長的時間內(nèi)，看不出振幅有明顯的減小，就可以把它作為簡諧運動來處理。鞏固訓練1、關于彈簧振子做簡諧運動時的能量，下列說法中正確的有：A、等于在平衡位置時振子的動能；B、等于在最大位移時彈簧的彈性勢能；C、等于任意時刻振子動能與彈簧彈性勢能之和；D、位移越大振動能量也越大。2、一個單擺，擺長為L，擺球質(zhì)量為m，做簡諧運動的振幅為A，以平衡位置為重力勢能的參考平面，其振動能量為E，在保證擺球做簡諧運動的前提下，下列哪些情況會使E增大。A、保持L、m不變，增大A；B、保持L、A不變，增大m；C、保持A、m不變，增大L；D、保持A、m不變，減小L。小結(jié)通過本節(jié)課的學習，我們知道了：1、振動的物體都具有能量，能量的大小與振幅有關。振幅越大，振動的能量也越大；2、對簡諧運動而言，振動系統(tǒng)一量獲得一定的機械能，振動起來，這一個能量就始終保持不變，只發(fā)生動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化。3、振動系統(tǒng)由于受外界阻尼作用，振動系統(tǒng)的能量逐漸減小，振幅逐漸減小，這種振動叫阻尼振動，實際的振動系統(tǒng)都是阻尼振動，簡諧運動只是一種理想的模型。作業(yè)課本P174練習六（1）、（3）板書設計簡諧運動的能量 阻尼振動及其圖象一、簡