新人教版高中物理選修34精品教案　全冊

1、 新課程（人教版）授課時間：新人教版高中物理選修3-4精品教案全冊第1單元： 機械振動1、簡諧運動l 【教學目標】 1. 知識與技能（1）了解什么是機械振動（2）掌握簡諧運動回復力的特征（3）掌握在一次全振動過程中回復力、加速度、速度隨偏離平衡位置的位移變化的規(guī)律（定性）2. 過程與方法（1）通過觀察演示實驗，概括出機械振動的特征，培養(yǎng)學生的觀察、概括能 力；通過相關物理量變化規(guī)律的學習，培養(yǎng)分析、推理能力。（2）滲透物理學方法的教育，運用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型彈簧振子，研究彈簧振子在理想條件下的振動。l 【教學重點】：l 使學生掌握簡諧運動的回復力特征及相關物

2、理量的變化規(guī)律。回復力的特征是形成加速度、速度、位移等物理量周期性變化的原因。l 【教學難點】：l 偏離平衡位置的位移與運動學中的位移概念容易混淆，這是難點。在一次全振動中速度的變化（大小、方向）較復雜，比較困難l 【教學器材】：（1）演示機械振動：鋼板尺、鐵架臺、單擺、豎直彈簧振子、皮筋球。氣墊彈簧振子、微型氣源。（2）分析相關物理量的變化：課件l 【教學方法】：l 演示觀察引入課題，問題導學、教師教授與學生討論相結合l 【教學過程設計】：（一）引入新課我們學習機械運動的規(guī)律是從簡單到復雜：勻速運動、勻變速直線運動、平拋運動、勻速圓周運動，今天學習一種更復雜的運動簡諧運動。（1）（2）（3）

3、（4）（二）教學過程設計【板書】：1機械振動振動是自然界中普遍存在的一種運動形式，請同學舉例說明有哪些具體的運動算是振動？說明微風中樹枝的顫動、心臟的跳動、鐘擺的擺動、聲帶的振動這些物體的運動都是振動。演示幾個振動的實驗，要求同學邊看邊想：物體振動時有什么特征？（1）單擺秋千、海盜船、鐘擺（2）一端固定的鋼板尺琴弦（3）彈簧振子（4）穿在橡皮繩上的塑料球提出問題：這些物體的運動各不相同：運動軌跡是直線的、曲線的（如1）；運動方向水平的、豎直的；為什么它們都叫做振動呢？也就是振動這種運動因該有什么共同特征？歸納出：物體振動時有一中心位置，物體（或物體的一部分）在中心位置兩側做往復運動，振動是機械

4、振動的簡稱。明確并【板書】：物體（或物體的一部分）在某一中心位置兩側所做的往復運動，叫做機械振動。【板書】：2簡諧運動指出簡諧運動是一種最簡單、最基本的振動，我們以彈簧振子為例學習簡諧運動。【板書】：（1）彈簧振子演示氣墊彈簧振子的振動。通過同學的觀察、分析、討論得到：滑塊的運動是平動，可以看作質點。彈簧的質量遠遠小于滑塊的質量，可以忽略不計。明確：一個輕質彈簧聯(lián)接一個質點，彈簧的另一端固定，就構成了一個彈簧振子。沒有氣墊時，阻力太大，振子不振動；有了氣墊時，阻力很小，振子振動。說明我們研究在沒有阻力的理想條件下彈簧振子的運動。（2）彈簧振子為什么會振動？提出問題：當把振子從它靜止的位置o拉開

5、一小段距離到b再放開后，它為什么會在boc之間振動呢？要求同學運用學過的力學知識認真分析、思考。引導同學分析振子受力及從bocob的運動情況，突出彈力的方向及在o點振子由于慣性繼續(xù)運動。歸納得到：物體做機械振動時，一定受到指向中心位置的力，這個力的作用總能使物體回到中心位置，這個力叫回復力?；貜土κ歉鶕?jù)力的效果命名的，對于彈簧振子，它是彈力。說明回復力可以是彈力，或其它的力，或幾個力的合力，或某個力的分力。在o點，回復力是零，叫振動的平衡位置?！景鍟浚海?）簡諧運動的特征說明彈簧振子在振動過程中，回復力的大小和方向與振子偏離平衡位置的位移有直接關系。在研究機械振動時，我們把偏離平衡位置的位移

6、簡稱為位移。強調：注意，以前我們研究位移總是指物體偏離出發(fā)點的位移，在研究振動時則指偏離平衡位置的位移，與出發(fā)點無關。演示：計算機模擬彈簧振子的振動，引導同學分析、討論：振子從b運動到e時，位移大小為|oe|，方向向右；振子從c運動到d時，位移大小為|od|，方向向左；振子運動到o時，位移為零；位移可以用振子坐標x來表示。提出問題：彈簧振子振動時，回復力與位移是什么關系？歸納同學的回答得到：根據(jù)胡克定律，彈簧振子的回復力的大小與位移成正比，方向與位移方向相反。明確：物體在跟位移大小成正比，并且總指向平衡位置的力作用下的振動，叫做簡諧運動。寫做f=-kx說明式中f為回復力；x為偏離平衡位置的位移

7、；k是常數(shù)，對于彈簧振子，k是勁度系數(shù)，對于其他物體的簡諧運動，k是別的常數(shù)；負號表示回復力與位移的方向總相反。彈簧振子的振動只是簡諧運動的一種。但所有的簡諧運動都要符合f=-kx。不符合該規(guī)律的就不是簡諧運動。3在一次全振動中，相關物理量的變化規(guī)律演示：計算機模擬彈簧振子的振動。（與前面相似，用箭頭加x、v、a、f的顯示）讓同學觀察當振子從bocob時，就完成了一次全振動，以后振子會重復上述過程。（1）位移的變化演示：x的變化。（2）回復力的變化提出問題：當位移x變化時，回復力f如何變化？在同學回答的基礎上明確：根據(jù)簡諧運動的特征，f與x成正比變化，且方向相反。演示：f的變化。（3）加速度的

8、變化提出問題：當回復力f變化時，加速度a如何變化？在同學回答的基礎上明確：根據(jù)牛頓第二定律，a與f成正比，且方向相同。演示：a的變化。（4）速度的變化引導同學分析討論：bo振子怎樣運動？明確：是加速度變小的加速運動，速度v變大，o速度最大。再分析討論：oc振子做什么運動？是不是勻變速運動？明確：是加速度變大的減速運動，速度v變小，c速度為零。演示：v的變化。讓同學們將分析結果填入書p5/表1-1或自印表格如后圖發(fā)給學生可增補動能和勢能兩項，符號約定：增大 ；減??；最大m；零0；向左；向右；并將表格用投影幻燈投影在幕上，討論12名同學的所填內容是否正確。小結：簡諧運動是變速運動，但不是勻變速運動

9、。加速度最大時，速度等于零；速度最大時，加速度等于零。（5）從簡諧運動的運動特點，我們來看它在運動過程中能量如何變化？讓我們再來觀察。這次觀察的目的是研究能量變化情況，觀察時應注意觀察振子與彈簧組成的系統(tǒng)學生很容易回答在不計阻力的情況下，彈簧振子只有彈力做功，動能與勢能相互轉化，是一個機械能守恒的過程。請同學寫出勢能和動能轉化的過程以及特殊點的動能和勢能值。小結：簡諧運動過程是一個動能和勢能的相互轉化過程。（三）課堂小結1機械振動是一種很普遍的運動形式，大至地殼的振動，小至分子、原子的振動。振動的特征是在中心位置兩側往復運動。2為了研究簡諧運動，我們運用了物理學中的理想化方法：從最簡單、最基本

10、的情況入手，抓住影響運動的主要因素，去掉次要的、非本質因素的干擾，建立了理想化的物理模型彈簧振子，并且研究了彈簧振子在無阻力的理想條件下的運動問題，理想化是研究物理問題常用的方法之一。3簡諧運動是一種簡單的、基本的振動，許多物體的微小振動都可以看作是簡諧運動，復雜的振動可以看作簡諧運動的疊加，它的特征是：回復力與偏離平衡位置的位移成正比。4簡諧運動是一種變加速運動。（四）課堂訓練： p1/例1；p2/1、7、8提高：閱讀書p5/拓展一步和p2/例2歸納出如何證明一個物體在做的運動是簡諧運動？l 【布置作業(yè)】：完成書p6/2（并思考其是否是簡諧運動）、4、52、簡諧運動的描述l 【教學目標】：

11、1知識與技能（1）知道簡諧運動的振幅、周期和頻率的含義。理解周期和頻率的關系。（2）知道振動物體的固有周期和固有頻率，并正確理解與振幅無關。（3）理解振動圖像的物理意義，能利用圖像求振動物體的振幅、周期及任意時刻的位移；會將振動圖像與振動物體在某時刻位移與位置對應，并學會在圖象上分析與位移x有關的物理量。（4）知道簡諧運動的公式表示x=asinwt，知道什么是簡諧運動的圓頻率，知道簡諧運動的圓頻率和周期的關系。2過程與方法：觀察砂擺演示實驗中拉動木板勻速運動，讓學生學會這是將質點運動的位移按時間掃描的基本實驗方法。3滲透物理方法的教育：提高學生觀察、分析、實驗能力和動手能力，從而讓學生知道實驗

12、是研究物理科學的重要基礎。l 【教學重點】：l 振幅、周期和頻率的物理意義；簡諧運動圖象的物理意義l 【教學難點】：l 理解振動物體的固有周期和固有頻率與振幅無關；振動圖象與振動軌跡的區(qū)別；圓頻率與周期的關系l 【教學器材】：l 彈簧振子，音叉，課件；砂擺實驗演示：砂擺、砂子、玻璃板（或長木板）l 【教學方法】：l 實驗觀察、講授、討論，計算機輔助教學l 【教學過程設計】:第1課時1新課引入上節(jié)課講了簡諧運動的現(xiàn)象和受力情況。我們知道振子在回復力作用下，總以某一位置為中心做往復運動?，F(xiàn)在我們觀察彈簧振子的運動。將振子拉到平衡位置o的右側，放手后，振子在o點的兩側做往復運動。振子的運動是否具有周

13、期性？在圓周運動中，物體的運動由于具有周期性，為了研究其運動規(guī)律，我們引入了角速度、周期、轉速等物理量。為了描述簡諧運動，也需要引入新的物理量，即振幅、周期和頻率?！景鍟慷?振幅、周期和頻率（或投影）2新課講授實驗演示：觀察彈簧振子的運動，可知振子總在一定范圍內運動。說明振子離開平衡位置的距離在一定的數(shù)值范圍內，這就是我們要學的第一個概念振幅?！景鍟?、振動的振幅在彈簧振子的振動中，以平衡位置為原點，物體離開平衡位置的距離有一個最大值。如圖所示（用投影儀投影），振子總在aa間往復運動，振子離開平衡位置的最大距離為oa或oa， 我們把oa或oa的大小稱為振子的振幅。【板書】（1）、振幅a：振

14、動物體離開平衡位置的最大距離。我們要注意，振幅是振動物體離開平衡位置的最大距離，而不是最大位移。這就意味著，振幅是一個數(shù)值，指的是最大位移的絕對值。【板書】振幅是標量，表示振動的強弱。實驗演示：輕敲一下音叉，聲音不太響，音叉振動的振幅較小，振動較弱。重敲一下音叉，聲音較響，音叉振動的振幅較大，振動較強。振幅的單位和長度單位一樣，在國際單位制中，用米表示?！景鍟浚?）、單位：m由于簡諧運動具有周期性，振子由某一點開始運動，經(jīng)過一定時間，將回到該點，我們稱振子完成了一次全振動。振子完成一次全振動，其位移和速度的大小、方向如何變化？學生討論后得出結論：振子完成一次全振動，其位移和速度的大小、方向與

15、從該點開始運動時的位移和速度的大小、方向完全相同。在勻速圓周運動中，物體運動一個圓周，所需時間是一定的。觀察振子的運動，并用秒表或脈搏測定振子完成一次全振動的時間，我們通常測出振子完成2030次全振動的時間，從而求出平均一次全振動的時間?？梢园l(fā)現(xiàn)，振子完成一次全振動的時間是相同的?！景鍟?、振動的周期和頻率（1）、振動的周期t：做簡諧運動的物體完成一次全振動的時間。振動的頻率f：單位時間內完成全振動的次數(shù)（2）、周期的單位為秒（s）、頻率的單位為赫茲（hz）?！景鍟?3)、周期和頻率都是表示振動快慢的物理量。兩者的關系為t=1/f 或 f=1/t 舉例來說，若周期t=0.2s，即完成一次全

16、振動需要0.2s，那么1s內完成全振動的次數(shù)，就是1/0.2=5s-1.也就是說，1s鐘振動5次，即頻率為5hz.提出問題：振子的周期或頻率與什么因素有關呢？學生猜想：可能與振子的振幅、質量與彈簧的勁度系數(shù)有關，要求給出猜想理由并設計實驗證明猜想。實驗1：用兩個一樣的彈簧振子，拉到不同的振幅，用秒表或者脈搏計時實驗演示：觀察兩個彈簧振子，比較一下這兩個振子的周期和頻率。演示實驗表明，振幅不同的同一個彈簧振子，周期和頻率相同。即：同一個振子,其完成一次全振動所用時間是不變的,但振動的幅度可以調節(jié).不同的振子,雖振幅可相同,但周期是不同的.【板書】3、簡諧運動的周期或頻率與振幅無關實驗演示（引導學

17、生注意聽）：敲一下音叉,聲音逐漸減弱,即振幅逐漸減小,但音調不發(fā)生變化,即頻率不變.實驗2：我們繼續(xù)觀察兩個勁度系數(shù)不同的同質量振子的運動,我們可以認識到, 彈簧振子的振動周期與彈簧的勁度系數(shù)有關，勁度系數(shù)較大時，周期較小.實驗3：我們繼續(xù)觀察兩個勁度系數(shù)相同的質量不同的振子的運動,我們用同一彈簧，拴上質量較小和較大的小球，在振幅相同時，分別測出振動的周期2和2，比較后得到結論.彈簧振子的振動周期與振子的質量有關，質量較小時，周期較小.歸納說明：【板書】 4、振子的周期(或頻率)由振動系統(tǒng)本身的性質決定,稱為振子的固有周期或固有頻率. 例如:一面鑼,它只有一種聲音,用錘敲鑼,發(fā)出響亮的鑼聲,

18、鑼聲很快弱下去,但不會變調.擺動著的秋千,雖擺動幅度發(fā)生變化,但頻率不發(fā)生變化.彈簧振子在實際的振動中, 會逐漸停下來,但頻率是不變的.這些都說明所有能振動的物體,都有自己的固有周期或固有頻率.鞏固練習（投影）1一物體從平衡位置出發(fā),做簡諧運動,經(jīng)歷了10s的時間，測的物體通過了200cm的路程.已知物體的振動頻率為2hz，該振動的振幅為多大？2a、b兩個完全一樣的彈簧振子，把a振子移到a的平衡位置右邊10cm，把b振子移到b的平衡位置右邊5cm，然后同時放手，那么：a. a、b運動的方向總是相同的.b。a、b運動的方向總是相反的.c a、b運動的方向有時相同、有時相反.d。無法判斷a、b運動

19、的方向的關系.3 p5/例1、2強調對稱性是解簡諧運動類題目的關鍵。l 【布置作業(yè)】：書p11/14第2課時回顧圖象知識引入新課同學們知道，物體的運動規(guī)律可以用數(shù)學圖象來描述，你們能說出那些運動圖象？學生討論后回答：位移圖象、速度圖象。引導學生說出勻速直線運動的位移s=vt,其圖象是一條過原點的 直線；初速度為零的勻加速直線運動的位移s=at2/2，其圖象是一條過原點的拋物線如圖1所示；勻速直線運動的速度不變，圖象是一條平行時間軸的直線；初速度為零的勻加速直線運動的速度vt=at, 其圖象是一條過原點的直線.(教師可在黑板上畫出相應的圖象或讓學生到黑板上畫出來)提問在圖1中x-t圖象是拋物線，

20、其圖象的橫縱坐標、原點分別表示什么？物體運動的軌跡是什么？答：橫軸表示時間；縱軸表示位移；坐標原點表示計時、位移起點。物體運動的軌跡是直線。因此大家要注意區(qū)分圖象與軌跡。雖然簡諧運動是較復雜的機械運動，其運動規(guī)律也可以用圖象表示。本節(jié)課我們來討論簡諧運動的圖象?！景鍟浚汉喼C運動的圖象演示一：下面的木板不動，讓砂擺振動。讓學生觀察現(xiàn)象：1砂在木板上來回劃出一條直線，說明振動物體僅僅只在平衡位置兩側來回運動，但由于各個不同時刻的位移在木板上留下的痕跡相互重疊而呈現(xiàn)為一條直線。2砂子堆砌在一條直線上，堆砌的沙子堆，它的縱剖面是矩形嗎？學生答：砂子不是均勻分布的，中央部分（即平衡位置處）堆的少，在擺

21、的兩個靜止點下方，砂子堆的多（如圖2），因為擺在平衡位置運動的最快。講解：質點做的是直線運動，但它每時刻的位移都有所不同。如何將不同時刻的位移分別顯示出來呢？演示二：讓砂擺振動，同時沿著與振動垂直的方向勻速拉動擺下的長木板（即平板勻速抽動實驗，如圖3所示）。讓學生觀察現(xiàn)象：原先成一條直線的痕跡展開成一條曲線。討論圖線：（請同學們相互討論）（1） 圖線的x、y軸（橫、縱坐標）分別表示什么物理量？（2） 曲線是不是質點的運動軌跡？質點做的是什么運動？（3） 圖象的物理意義是什么？（4） 這條圖線的特點是什么？請同學回答，并討論得出正確結果。【板書】：一、簡諧運動圖象1圖象（如圖4）。2x-t圖線是

22、一條質點做簡諧運動時，位移隨時間變化的圖象。3振動圖象的橫坐標表示的是時間t，因此，它不是質點運動的軌跡，質點只是在平衡位置的兩側來回做直線運動。4振動圖象是正弦曲線還是余弦曲線，這決定于t=0時刻的選擇。（提醒學生注意，t=t/4處，位移x最大，此時位移數(shù)值為振幅a，在t=t/8處，x=半周期的簡諧運動曲線，不是半圓強調圖線為正弦曲線。）【板書】：二、簡諧運動圖象描述振動的物理量通過圖5振動圖象，讓同學回答直接描述量。答：振幅為5cm，周期為4s，及t=1s，x=5cm，t=4s，x=0等?！景鍟浚?直接描述量： 振幅a；周期t；任意時刻的位移t?！景鍟浚?間接描述量：（請學生總結回答）

23、 x-t圖線上一點的切線的斜率等于v。例：求出上圖振動物體的振動頻率，角頻率及t=5s時的瞬時速度。（請同學計算并回答）【板書】：三、從振動圖象中的x分析有關物理量（v，a，f）簡諧運動的特點是周期性。在回復力的作用下，物體的運動在空間上有往復性，即在平衡位置附近做往復的變加速（或變減速）運動；在時間上有周期性，即每經(jīng)過一定時間，運動就要重復一次。我們能否利用振動圖象來判斷質點x，f，v，a的變化，它們變化的周期雖相等，但變化步調不同，只有真正理解振動圖象的物理意義，才能進一步判斷質點的運動情況。例：圖6所示為一單擺的振動圖象。分析：求a，f，；求t=0時刻，單擺的位置；若規(guī)定單擺以偏離平衡位

24、置向右為+，求圖中o，a，b，c，d各對應振動過程中的位置；t=1.5s，對質點的x，f，v，a進行分析。請幾位同學分別回答四個問題。由振動圖象知a=3cm，t=2s，f=0。t=0時刻從振動圖象看，x=0，質點正擺在e點即將向g方向運動。振動圖象中的o，b，d三時刻，x=0，都在e位置，a為正的最大位移處，即g處，c為負的最大位移處，即f處。t=1.5s，x=-3cm，由f=-kx，f與x反向，fx，由回復力f為正的最大值，af，并與f同向，所以a為正的最大值，c點切線的斜率為零，速度為零。由f= -kx，f=ma，分析可知：1x0， f0， a0；x0， f0， a0。2x-t圖線上一點切

25、線的斜率等于v；v-t圖線上一點切線的斜率等于a。3x，v，a的變化周期都相等，但它們變化的步調不同。*可分別做出v-t和a-t的圖象為余弦和反正弦函數(shù)。及v為s-t圖的斜率，而a為v-t圖的斜率?！景鍟浚汉喼C運動的公式如圖的函數(shù)規(guī)律為正弦函數(shù)，請大家寫出它的表達式x=asin，其中一個周期時對應=2，則t時對應=；因此有x=asin（）。這樣不太好理解，為什么會出現(xiàn)角度這個物理量。而又代表什么呢？我們來觀察一個現(xiàn)象計算機模擬圓周運動和彈簧振子的對比課件。請大家說說這樣的現(xiàn)象表明了什么？這一現(xiàn)象說明勻速圓周運動正交分解后可以看作是兩個互相垂直的同頻率、同振幅的簡諧運動的合成。根據(jù)參數(shù)方程的知

26、識，可以知道對于圓方程（我們令r=a），可以寫成和其中表示起始計時時質點與圓心連線離x軸的夾角，而則表示從計時開始到t時刻中質點轉過的角度。而為圓的角速度。我們知道分運動與合運動具有同時性。所以二者的周期是一樣的。因此我們用可以表示簡諧運動的規(guī)律。其中的是我們從圓周運動中借來用的，所以又叫做角頻率，而角度能揭示振動物體所處的位置，所以叫做相位；而是剛開始計時時的初始位置，因此又叫做初相位。*勻速圓周運動的兩個分運動之間相差的初位相。如果位相一致或相差其他角度，則合成的就不是圓周運動了，大家課后可以討論一下它們合成的各種情形。3課堂小結（1）簡諧運動的圖象表示做簡諧運動的質點的位移隨時間變化的關

27、系，是一條正弦（或余弦曲線）曲線，不是質點運動的軌跡。（2）從振動圖象可以看出質點的振幅、周期以及它在任意時刻的位移。可以得出x隨時間變化的公式。（3）凡與位移x有關的物理量（速度v，加速度a，回復力f等）都可按位移x展開，均可在圖象上得到間接描述，為進一步分析質點在某段時間內的運動情況奠定基礎。3、單擺(2課時) l 【教學目標】：1知識與技能 （1）知道什么是單擺，能從理想化的角度去理解單擺的結構（2）理解單擺振動的回復力來源及做簡諧運動的條件，能從力的作用效果的觀點去分析回復力，并且采用近似法表達單擺的回復力。（3）知道單擺的周期和什么因素有關，掌握單擺振動的周期公式，并能用公式解題。2

28、過程與方法：通過猜想和實驗，培養(yǎng)探究物理問題的能力，概括出影響周期的因素，并且能用實驗周期公式來測量重力加速度l 【教學重點】：l 掌握好單擺的周期公式及其成立條件l 【教學難點】：l 單擺回復力的分析l 【教學器材】：l 兩個單擺（擺長相同，質量不同），單擺課件l 【教法學法】：l 讀書指導，猜想證明，實驗對比，計算機輔助教學問題l 【教學過程設計】：第1課時1、 引入新課在前面我們學習了彈簧振子，知道彈簧振子做簡諧運動。那么：物體做簡諧運動的條件是什么？答：物體做機械振動，受到的回復力大小與位移大小成正比，方向與位移方向相反。今天我們學習另一種機械振動單擺的運動2、 新課教學【板書】：單擺

29、模型：閱讀課本p12第2段，思考：什么是單擺？（學生閱讀畢，出示三個擺一為橡皮繩、一為粗麻繩，一根繩很短而球很大，問：以下三個擺是否是單擺？）均不是，若為橡皮繩，則繩的伸長不可忽略；若為粗麻繩，則繩的質量不可忽略；若繩太短而球很大，則繩長不是遠大于小球直徑。為什么對單擺有上述限制要求呢?教師指出：線的伸縮和質量可以忽略使擺線有一定的長度而無質量，質量全部集中在擺球上；線長比球的直徑大得多，可把擺球當作一個質點，只有質量無大小，懸線的長度就是擺長.通過上述學習，我們知道單擺是實際擺的理想化的物理模型.因此，一根細線上端固定，下端系著一個小球，如果懸掛小球的細線的伸長和質量可以忽略，細線的長度又比

30、小球的直徑大得多，這樣的裝置就叫單擺。（教師拿出單擺展示，同時演示單擺振動，介紹單擺的構成）圖物理上的單擺，是在一個固定的懸點下，用一根不可伸長的細繩，系住一個一定質量的質點，在豎直平面內擺動。所以，實際的單擺要求繩子輕而長，擺球要小而重。擺長指的是從懸點到擺球重心的距離。將擺球拉到某一高度由靜止釋放，單擺振動類似于鐘擺振動。擺球靜止時所處的位置就是單擺的平衡位置?！景鍟浚?.單擺的受力分析提問：同學們認為擺球做什么運動? 學生可能答：以懸掛點為圓心在豎直平面內做圓弧運動.學生還可能答：擺球以平衡位置o為中心振動.教師總結，擺球沿著以平衡位置o為中點的一段圓弧做往復運動，這就是單擺的振動.用

31、課件模擬擺球所做的運動. 問：是什么原因導致擺球以平衡位置o為中點的一段圓弧做往復運動呢?物體做機械振動，必然受到回復力的作用，彈簧振子的回復力由彈簧彈力提供，單擺同樣做機械振動，回復力由誰來提供，如何表示？（教師畫受力圖。）1）平衡位置：當擺球靜止在平衡位置o點時，細線豎直下垂，擺球所受重力g和懸線的拉力f平衡，o點就是擺球的平衡位置。2）回復力：將擺球拉離o點，從a位置釋放，擺球在細線的拉力f和重力g的作用下,沿aoa圓弧在平衡點o附近來回振動，當擺球運動到任一位置p時，此時擺球受重力g，拉力f作用，由于擺球沿圓弧運動，所以將重力分解成切線方向分力g1；和沿半徑方向g2，重力分力g1不論是

32、在o左側還是右側始終指向平衡位置，而且正是在g1作用下擺球才能回到平衡位置。（此處：平衡位置是回復力為零的位置。）因此g1就是擺球的回復力。單擺的回復力f回=g1=mg sin，單擺的振動是不是簡諧運動呢？單擺受到的回復力f回=mg sin，如圖：雖然隨著單擺位移x增大，sin也增大，但是回復力f的大小并不是和位移成正比，單擺的振動不是簡諧運動。但是，在值較小的情況下（一般取10），在誤差允許的范圍內可以近似的認為 sin=x/ l，近似的有f= mg sin= ( mg /l )x = k x（k=mg/l）,又因為回復力的方向始終指向o點，與位移方向相反，滿足簡諧運動的條件，即物體在大小與

33、位移大小成正比，方向與位移方向相反的回復力作用下的振動，f = - ( mg / l )x = - k x（k=mg/l）為簡諧運動。所以，當10時，單擺振動是簡諧運動。條件：擺角10位移大時，單擺的回復力大，位移小，回復力小，當單擺經(jīng)過平衡位置時，單擺的位移為0，回復力也為0，思考：此時，單擺所受的合外力是否為0？（學生思考，回答，根據(jù)學生的回答，引導。）單擺此時做的是圓周運動，做圓周運動的物體受向心力，單擺也不能例外，也受到向心力的作用（引導學生思考，單擺作圓周運動的向心力從何而來？）。在平衡位置，擺球受繩的拉力f和重力g的作用，繩的拉力大于重力g，它們的合力充當向心力。所以，單擺經(jīng)過平衡

34、位置時，受到的回復力為0 ，但是所受的合外力不為0。我們在研究單擺問題時要注意單擺同時蘊涵了兩個物理的基本模型，一是簡諧運動，一是圓周運動。所以單擺的受力要同時產(chǎn)生兩個效果，既要在切向上提供單擺簡諧運動的回復力，又要在徑向上提供圓周運動的向心力。做為一個變速圓周運動，單擺受到的是大小和方向都不斷變化的合外力?！景鍟浚?.單擺的周期做機械振動的物體都有振動周期，請思考：單擺的周期受那些因素的影響呢？（引導學生猜想）生：可能和擺球質量、振幅、擺長有關。單擺的周期是否和這些因素有關呢？下面我們用實驗來證實我們的猜想為了減小對實驗的干擾，每次實驗中我們只改變一個物理量，這種研究問題的方法就是控制變量

35、法。首先，我們研究擺球的質量對單擺周期的影響：那么就先來看一下擺球質量不同，擺長和振幅相同，單擺振動周期是不是相同。演示1將擺長相同，質量不同的擺球拉到同一高度釋放?，F(xiàn)象：兩擺球擺動是同步的，即說明單擺的周期與擺球質量無關，不會受影響。這個實驗主要是為研究屬于簡諧運動的單擺振動的周期，所以擺角不要超過10。接下來看一下振幅對周期的影響。演示2擺角小于10的情況下，把兩個同質量、同繩長的擺球從不同高度釋放。（由一名學生來完成實驗驗證，教師加以指導）現(xiàn)象：擺球同步振動，說明單擺振動的周期和振幅無關。剛才做過的兩個演示實驗，證實了如果兩個擺擺長相等，單擺振動周期和擺球質量、振幅無關。如果擺長l不等，

36、改變了這個條件會不會影響周期？演示3取擺長不同，兩個同質量的擺球從同一高度同時釋放，注意要10。（由一名學生來完成實驗驗證，教師加以指導）現(xiàn)象：兩擺振動不同步，而且擺長越長，振動就越慢。這說明單擺振動和擺長有關。具體有什么關系呢？荷蘭物理學惠更斯研究了單擺的振動，在大量可靠的實驗基礎上，經(jīng)過一系列的理論推導和證明得到：單擺的周期和擺長l的平方根成正比，和重力加速度g的平方根成反比，【板書】：周期公式：同時這個公式的提出，也是在單擺振動是簡諧運動的前提下，條件：擺角10由周期公式我們看到t與兩個因素有關，當g一定，t與成正比；當l一定，t與成反比；l，g都一定，t就一定了，對應每一個單擺有一個固

37、有周期t， 周期的應用：單擺周期的這種周期和振幅無關的性質，叫做等時性。單擺的等時性是由伽利略首先發(fā)現(xiàn)的。（講述故事：1862年，18歲的伽利略離開神學院進入比薩大學學習醫(yī)學，他的中充滿著奇妙的幻想和對自然科學的無窮疑問，一次他在比薩大學忘掉了向上帝祈禱，雙眼注視著天花板上懸垂下來搖擺不定的掛燈，右手按著左手的脈搏，口中默默地數(shù)著數(shù)字，在一般人熟視無睹的現(xiàn)象中，他卻第一個明白了掛燈每擺動一次的時間是相等的，于是制作了單擺的模型，潛心研究了單擺的運動規(guī)律，給人類奉獻了最初的能準確計時的儀器.）鐘擺的擺動就是一種單擺的運動，擺鐘也是根據(jù)等時性這個原理制成的，如果條件改變了，比如說擺鐘走得慢了，那么

38、就要把擺長調整一下，應縮短l，使t減?。蝗绻@個鐘在北京走得好好的，帶到廣州去會怎么樣？由于廣州g小于北京的g值，所以t變大，鐘也會走慢；同樣，把鐘帶到月球上鐘也會變慢。我們還可以根據(jù)這個周期公式測某地的重力加速度，由公式可知只要測出單擺的擺長、周期，就可以得到單擺所在地的重力加速度?！景鍟浚簡螖[的振動圖象：我們知道簡諧運動的圖象是正弦(或余弦曲線)，那么在擺角很小的情況下，既然單擺做的是簡諧運動，它振動的圖象也是正弦或余弦曲線.做課本p9/迷你實驗室的演示實驗，并用實物投影儀投影漏斗的漏砂落到勻速拉動的硬紙板上形成的圖象是簡諧運動的圖象.總結：從理論上和實際得到的圖象中均可看出：在擺角很小

39、的情況下，單擺做簡諧運動.3.課堂小結本節(jié)課主要講了單擺振動的規(guī)律，只有在10時單擺振動才是簡諧運動；單擺振動周期，當g一定，t與成正比；當l一定，t與成反比。我們還可以根據(jù)這個周期公式測某地的重力加速度，由公式可知只要測出單擺的擺長、周期，就可以得到單擺所在地的重力加速度。4.課堂練習：p12/1、2、3、4、6、7l 【布置作業(yè)】：書p16/1、2、3、4、5、6第2課時分組實驗：單擺測定重力加速度【實驗目的】：學會用單擺測定當?shù)刂亓铀俣?，正確熟練使用秒表?！緦嶒炂鞑摹浚呵蛐挠行】椎男〗饘偾蜷L度大于1米的細尼龍線鐵夾鐵架臺游標卡尺米尺秒表【圖1實驗原理】：根據(jù)單擺周期公式t=2，得：g=

40、。據(jù)此，只要測得擺長和 周期即可算出當?shù)氐闹亓铀俣萭?！緦嶒灢襟E】1、用細線拴好小球，懸掛在鐵架臺上，使擺線自由下垂，如圖1。注意：線要細且不易伸長，球要用密度大且直徑小的金屬球，以減小空 氣阻力影響。擺線上端的懸點要固定不變，以防擺長改變。2、用米尺和游標卡尺測出單擺擺長。注意：擺長應為懸點到球心的距離，即l=l+d/2；其中l(wèi)為懸點到球面的擺線長，d為球的直徑。3、用秒表測出擺球擺動30次的時間t，算出周期t。注意：為減小記時誤差，采用倒數(shù)計數(shù)法，即當擺球經(jīng)過平衡位置時開始計數(shù)，“3，2，1，0，1，2，3”數(shù)“0”時開始計時，數(shù)到“60”停止計時，則擺球全振動30次，t=t/30。計時

41、從平衡位置開始是因為此處擺球的速度最大，人在判定它經(jīng)過此位置的時刻，產(chǎn)生的計時誤差較小。為減小系統(tǒng)誤差，擺角a應不大于10，這可以用量角器粗測。4、重復上述步驟，將每次對應的擺長l、周期t填于表中，按公式t=2算出每次g，然后求平均值?！緦嶒炗涗洝浚何锢砹看?擺長l（米） 振動次數(shù)n（次） n次歷時t（秒） 周期t（秒） g=42l/t2（米/秒2 ）g（米/秒2） 當?shù)豨 1 2 3 注意：（1）為減小計算誤差，不應先算t的平均值再求g，而應先求出每次的g值再平均。（2）實驗過程中：易混淆的是：擺通過平衡位置的次數(shù)與全振動的次數(shù)。易錯的是：圖象法求g值，gk而是g=42/k；t=t/n和t=

42、t/（n-1）也經(jīng)常錯用，（前者是擺經(jīng)平衡位置數(shù)“0”開始計時，后者是數(shù)“1”開始計時）。易忘的是：漏加或多加小球半徑，懸點未固定；忘了多測幾次，g取平均值?！緦嶒灲Y論】：從表中計算的g看，與查得的當?shù)貥藴蔳值近似相等，其有效數(shù)字至少3位?！緦嶒炞兺ā浚鹤兺ǎ?）：變器材，用教學樓陽臺代替鐵架臺，用數(shù)米長的尼龍細線拴好的小掛鎖代替擺球，用米尺只測量擺線的一段長度，用秒表測量周期t仍能測量當?shù)刂亓铀俣龋浜喴椒ㄈ缦拢喝缦聢D所示，設陽臺上的懸點為o，掛鎖的重心為o在擺長上離掛鎖附近作一紅色標記m，用米尺量om=l1，而mo=l2，不必測量，則：t12=42（l1+l2）/g在懸點處放松（或收起

43、）一段線，再量om=l2，mo=l0不變，則t2=42（l2+l0）/g由式得：g=42（l2+l1）/（t12-t22）（其中t1、t2測量方法同上述方法）此實驗也可以用t2-l圖象法去求。變通（2）：變器材，變對象，在地球表面借助電視機，依據(jù)周期公式，用機械手表測月球表面自由落體的加速度g月。有一位物理學家通過電視機觀看宇航員登月球的情況，他發(fā)現(xiàn)在登月密封艙內懸掛著一個重物在那里微微擺動，其懸繩長跟宇航員的身高相仿，于是他看了看自己的手表，記下了一段時間t內重物經(jīng)最低點的次數(shù)，就算出了g月，已知他記下重物由第一次經(jīng)最低點開始計時數(shù)到n=30次的時間t為1分12.5秒，并估計繩長約等于宇航員

44、身高。由t=t/（n-1）/2和t=2計算出了g月?！靖健浚宏P于秒表的使用考慮到實驗時間，秒表的使用教學應該在第1課時的末尾先利用實物投影裝置進行秒表構造：1、外殼按鈕：使指針啟動、停止和回零，如右圖所示。 2、表盤刻度：秒針指示大圓周的刻度，其最小分度值常見為0.1秒、0.2秒或0.5秒；秒鐘轉一周歷時30秒；分針指示小圓周的刻度，其最小分度值常見為0.1分或0.5分，分針轉一周歷時15分。 秒表的工作原理：機械秒表靠發(fā)條轉動力矩通過內部齒輪驅動調節(jié)器調節(jié)擺動的秒針和分針，即將發(fā)條的彈性勢能轉化為動能，使指針擺動。秒表的讀數(shù)：不足30秒即秒針轉不到一周時，直接讀大圓周上秒針所指的黑體分度值，

45、因為大圓周上有紅、黑兩種字體，黑字0 30，紅字0 60，意思是秒針轉兩周才60秒；同理分析所指的小圓周上也有兩種字體，黑字0 15，紅字0 30，分針轉兩周才30分；通常是分針讀紅字，秒針讀紅字，分針讀黑字，秒針讀黑字，記時為兩個示數(shù)之和。秒表的使用方法：a按鈕開始記時，分針、秒針都啟動。b按鈕停止記時，分針、秒針都停止。c按鈕分針、秒針回“0”位，此時在使用有兩個按鈕的表時，應按“0”位側邊的鈕。注意事項：a上發(fā)條不宜緊，用完后不必松發(fā)條。b計時中途不可按鈕。c防止打擊和強烈振動。d切勿放在磁鐵附近。（如收錄機、電視機旁）?！静贾米鳂I(yè)】：1. 完成實驗報告和p13/探究應用2. 補充練習：

46、（1）手表的秒針、分針和時針的角速度之比1：2：3=？。 （2）一位同學用單擺做測定重力加速度的實驗，他將擺掛起后，進行了如下存在遺漏或錯誤的步驟，請指出這些步驟的字母并改正。測擺長l：用米尺量出擺線的長度l。 測周期t：將擺線拉起，然后放開，在擺球某次通過最低點時，按下秒表開始計時，同時將此次通過最低點作為第一次，接著一直數(shù)到第60次通過最低點時，按秒表停止計時，讀出這段時間t，算出t=t/60。 將所測得的l和t代入t=2算出g作為實驗的最后結果寫入實驗報告中去。 （3）如下圖所示，某同學用單擺測重力加速度時，將一根麻繩系住一個直徑約為4厘米的木質圓球，上端纏繞在水平放置的較粗的圓棒上，當

47、木球懸掛靜止時，用米尺測得繩上懸點到球皮的距離約為10厘米，此后，將木球沿與圓棒垂直的方向拉至a處，使擺線與鉛直方向的夾角為60，釋放小球開始計時，待木球第一次到達另一邊的最高點時，停止秒表，他將這段時間作為t，然后將所測得的l、t代入t=2中求出g值，請指出這位同學的操作錯誤之處。4、生活中的振動 l 【教學目標】：1.知識與技能 （1）知道阻尼振動和無阻尼振動，并能從能量的觀點給予說明。知道實際的振動過程是阻尼振動，了解阻尼振動的圖象。（2）知道受迫振動的概念。知道受迫振動的頻率取決于驅動力的頻率，而跟振動物體的固有頻率無關。（3）知道共振的概念，理解共振產(chǎn)生的條件，知道常見的共振的應用和

48、危害并了解如何利用有利的共振和防止有害的共振。2.過程與方法：通過分析實際例子，得到什么是受迫振動和共振現(xiàn)象，培養(yǎng)學生聯(lián)系實際，提高觀察和分析能力；了解共振在實際中的應用和防止，提高理論聯(lián)系實際的能力3.情感態(tài)度價值觀：通過共振的應用和防止的教學，滲透一分為二的觀點；通過共振產(chǎn)生條件的教學，認識內因和外因的關系【教學重難點】：l 理解受迫振動的頻率等于驅動力的頻率；掌握共振的條件及其應用l 【教學器材】：l 彈簧振子、受迫振動演示儀、擺的共振演示器、視頻（橋在共振時坍塌）若干l 【教法學法】：l 讀書指導，猜想證明，實驗對比，計算機輔助教學問題l 【教學過程設計】：1、 復習提問讓學生注意觀察

49、教師的演示實驗。教師把彈簧振子的振子向右移動至b點，然后釋放，則振子在彈性力作用下，在平衡位置附近持續(xù)地沿直線振動起來。重復兩次讓學生在黑板上畫出振動圖象的示意圖（圖1）。再次演示上面的振動，只是讓起始位置明顯地靠近平衡位置，再讓學生在原坐標上畫出第二次振子振動的圖象（圖1中的）。和應同頻、同相、振幅不同。結合圖象和振子運動與學生一起分析能量的變化并引入新課。2、 新課教學現(xiàn)在以彈簧振子為例討論一下簡諧運動的能量問題。問：振子從b向o運動過程中，它的能量是怎樣變化的？引導學生答出彈性勢能減少，動能增加。問：振子從o向c運動過程中能量如何變化？振子由c向o、又由o向b運動的過程中，能量又是如何變

50、化的？問：振子在振動過程中總的機械能如何變化？引導學生運用機械能守恒定律，得出在不計阻力作用的情況下，總機械能保持不變。教師指出：將振子從b點釋放后在彈簧彈力（回復力）作用下，振子向左運動，速度加大，彈簧形變（位移）減少，彈簧的彈性勢能轉化為振子的動能。當回到平衡位置o時，彈簧無形變，彈性勢能為零，振子動能達到最大值，這時振子的動能等于它在最大位移處（b點）彈簧的彈性勢能，也就是等于系統(tǒng)的總機械能。在任何一位置上，動能和勢能之和保持不變，都等于開始振動時的彈性勢能，也就是系統(tǒng)的總機械能。由于簡諧運動中總機械能守恒，所以簡諧運動中振幅不變。如果初始時b點與o點的距離越大，到o點時，振子的動能越大

51、，則系統(tǒng)所具有的機械能越大。相應地，振子的振幅也就越大，因此簡諧運動的振幅與能量相對應。問：從能量的觀點來看，和哪一個振動的機械能多？學生答出的機械能多。教師可以指出：可以證明，對于簡諧運動，系統(tǒng)的機械能與振幅的平方成正比，即其中e是振動系統(tǒng)的機械能，k是簡諧運動中回復力與位移的比例系數(shù)，a是振幅，a越大，e越大。簡諧運動是一種理想化的振動，像彈簧振子和單擺那樣，一旦提供振動系統(tǒng)一定的能量，由于機械能守恒，它們就要以一定的振幅永不停息地振動下去?？墒菍嶋H上振動系統(tǒng)不可避免地要受到摩擦和其它阻力，那么擺球或彈簧振子的振動圖象是什么樣的呢？引導學生分析并畫出圖象（如圖2）：在實際情況中存在空氣阻力

52、或摩擦阻力，振動系統(tǒng)克服阻力做功，系統(tǒng)的能量就要損耗，振動的振幅也就會逐漸減小，甚至完全停下來。指出：振幅隨時間減小的振動叫做阻尼振動。圖2就是阻尼振動的圖象。問：怎樣才能使受阻力的振動物體的振幅不變，而一直振動下去呢？引導學生答出，應不斷地向系統(tǒng)補充損耗的機械能，以使振動物體的振幅不變。指出：這種振幅不變的振動叫等幅振動。有時我們要使物體的振動盡快停下來，這就需要增大阻尼，如汽車的減震器和電表指針的電磁阻尼。也有的時候我們希望減小阻尼，讓物體振動的次數(shù)多些，甚至在一段時間內接近簡諧運動，這就要減小阻尼如清洗鐘表，填加潤滑油，或者在受阻尼的同時增加一個周期性的動力來補充能量，使其振幅不變。舉幾

53、個等幅振動的例子，例如電鈴響的時候，鈴錘是做等幅振動。電磁打點計時器工作時，打點針是做等幅振動。掛鐘的擺是做等幅振動。它們的共同特點是，工作時振動物體不斷地受到周期性變化外力的作用。這種周期性變化的外力叫驅動力。在驅動力作用下物體的振動叫受迫振動。再讓學生舉幾個受迫振動的例子，例如內燃機氣缸中活塞的運動，縫紉機針頭的運動，揚聲器紙盆的運動，電話耳機中膜片的運動等都是受迫振動。問：顯然，揚聲器的喇叭紙盆的振動可快可慢，不是一個固有頻率，那么，受迫振動的頻率跟什么有關呢？讓學生注意觀察演示（圖3）。用不同的轉速勻速地轉動把手，可以發(fā)現(xiàn)，開始振子的運動情況比較復雜，但達到穩(wěn)定后，振子的運動就比較穩(wěn)定

54、，可以明顯地觀察到受迫振動的周期等于驅動力的周期。這樣就可以得到物體做受迫振動的頻率等于驅動力的頻率，而跟振子的固有頻率無關。問：大家在觀察實驗中還發(fā)現(xiàn)了什么？引導學生關注到受迫振動在驅動力頻率不同時又不同的振幅。演示擺的共振（裝置如圖4），在一根繃緊的繩上掛幾個單擺，其中a、b、g球的擺長相等。當使a擺動起來后，a球的振動通過張緊的繩給其余各擺施加周期性的驅動力，經(jīng)一段時間后，它們都會振動起來。驅動力的頻率等于a擺的頻率。實驗發(fā)現(xiàn)，在a擺多次擺動后，各球都將以a球的頻率振動起來，但振幅不同，固有頻率與驅動力頻率相等的b、g球的振幅最大，而頻率與驅動力頻率相差最大的d、e球的振幅最小。明確指出

55、：驅動力的頻率跟物體的固有頻率相等時，物體可以最有效的吸收外來的能量，所以振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振。演示音叉的共鳴。取兩個頻率相同的音叉a和b，相隔不遠并排放在桌上，打擊音叉a的叉股，使它發(fā)聲過一會兒，用手按住音叉a的叉股，使它停止發(fā)音，可以聽到?jīng)]有被敲的音叉b發(fā)出了聲音如果在音叉b的叉股上套上一個套管來改變b叉的固有頻率，重復上述實驗，就聽不到音叉b發(fā)出的聲音如何來解釋這種現(xiàn)象呢？音叉a振動后，在空氣中激起聲波，聲波傳到b后，給b一個周期性的驅動力由于驅動力的頻率跟音叉b的固有頻率相等，于是b發(fā)生共振，發(fā)出聲音這種聲音的共振現(xiàn)象叫做共鳴音叉下面所裝的空箱叫共鳴箱，音叉發(fā)聲后，共鳴箱發(fā)生共鳴，可以使音叉的聲音加強，家用的音箱的原理類似于此展示受迫振動的振幅隨驅動力頻率變化的關系投影片（如圖5），并加以解釋。共振在中國古代就有非常奇妙的利用了，請大家閱讀書p2的導入部分，說說魚洗噴水的原理是