新人教版高中物理選修34精品教案　全冊(cè)

1、 新課程（人教版）授課時(shí)間：新人教版高中物理選修3-4精品教案全冊(cè)第1單元： 機(jī)械振動(dòng)1、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)l 【教學(xué)目標(biāo)】 1. 知識(shí)與技能（1）了解什么是機(jī)械振動(dòng)（2）掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力的特征（3）掌握在一次全振動(dòng)過程中回復(fù)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(shí)驗(yàn)，概括出機(jī)械振動(dòng)的特征，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括能 力；通過相關(guān)物理量變化規(guī)律的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)分析、推理能力。（2）滲透物理學(xué)方法的教育，運(yùn)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(dòng)。l 【教學(xué)重點(diǎn)】：l 使學(xué)生掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力特征及相關(guān)物

2、理量的變化規(guī)律?；貜?fù)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(xué)難點(diǎn)】：l 偏離平衡位置的位移與運(yùn)動(dòng)學(xué)中的位移概念容易混淆，這是難點(diǎn)。在一次全振動(dòng)中速度的變化（大小、方向）較復(fù)雜，比較困難l 【教學(xué)器材】：（1）演示機(jī)械振動(dòng)：鋼板尺、鐵架臺(tái)、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(guān)物理量的變化：課件l 【教學(xué)方法】：l 演示觀察引入課題，問題導(dǎo)學(xué)、教師教授與學(xué)生討論相結(jié)合l 【教學(xué)過程設(shè)計(jì)】：（一）引入新課我們學(xué)習(xí)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜：勻速運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)，今天學(xué)習(xí)一種更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。（1）（2）（3）

3、（4）（二）教學(xué)過程設(shè)計(jì)【板書】：1機(jī)械振動(dòng)振動(dòng)是自然界中普遍存在的一種運(yùn)動(dòng)形式，請(qǐng)同學(xué)舉例說明有哪些具體的運(yùn)動(dòng)算是振動(dòng)？說明微風(fēng)中樹枝的顫動(dòng)、心臟的跳動(dòng)、鐘擺的擺動(dòng)、聲帶的振動(dòng)這些物體的運(yùn)動(dòng)都是振動(dòng)。演示幾個(gè)振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，要求同學(xué)邊看邊想：物體振動(dòng)時(shí)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(yùn)動(dòng)各不相同：運(yùn)動(dòng)軌跡是直線的、曲線的（如1）；運(yùn)動(dòng)方向水平的、豎直的；為什么它們都叫做振動(dòng)呢？也就是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)因該有什么共同特征？歸納出：物體振動(dòng)時(shí)有一中心位置，物體（或物體的一部分）在中心位置兩側(cè)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)是機(jī)械

4、振動(dòng)的簡(jiǎn)稱。明確并【板書】：物體（或物體的一部分）在某一中心位置兩側(cè)所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，叫做機(jī)械振動(dòng)。【板書】：2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)指出簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種最簡(jiǎn)單、最基本的振動(dòng)，我們以彈簧振子為例學(xué)習(xí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)?！景鍟浚海?）彈簧振子演示氣墊彈簧振子的振動(dòng)。通過同學(xué)的觀察、分析、討論得到：滑塊的運(yùn)動(dòng)是平動(dòng)，可以看作質(zhì)點(diǎn)。彈簧的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量，可以忽略不計(jì)。明確：一個(gè)輕質(zhì)彈簧聯(lián)接一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，彈簧的另一端固定，就構(gòu)成了一個(gè)彈簧振子。沒有氣墊時(shí)，阻力太大，振子不振動(dòng)；有了氣墊時(shí)，阻力很小，振子振動(dòng)。說明我們研究在沒有阻力的理想條件下彈簧振子的運(yùn)動(dòng)。（2）彈簧振子為什么會(huì)振動(dòng)？提出問題：當(dāng)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(huì)在boc之間振動(dòng)呢？要求同學(xué)運(yùn)用學(xué)過的力學(xué)知識(shí)認(rèn)真分析、思考。引導(dǎo)同學(xué)分析振子受力及從bocob的運(yùn)動(dòng)情況，突出彈力的方向及在o點(diǎn)振子由于慣性繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。歸納得到：物體做機(jī)械振動(dòng)時(shí)，一定受到指向中心位置的力，這個(gè)力的作用總能使物體回到中心位置，這個(gè)力叫回復(fù)力。回復(fù)力是根據(jù)力的效果命名的，對(duì)于彈簧振子，它是彈力。說明回復(fù)力可以是彈力，或其它的力，或幾個(gè)力的合力，或某個(gè)力的分力。在o點(diǎn)，回復(fù)力是零，叫振動(dòng)的平衡位置?！景鍟浚海?）簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征說明彈簧振子在振動(dòng)過程中，回復(fù)力的大小和方向與振子偏離平衡位置的位移有直接關(guān)系。在研究機(jī)械振動(dòng)時(shí)，我們把偏離平衡位置的位移

6、簡(jiǎn)稱為位移。強(qiáng)調(diào)：注意，以前我們研究位移總是指物體偏離出發(fā)點(diǎn)的位移，在研究振動(dòng)時(shí)則指偏離平衡位置的位移，與出發(fā)點(diǎn)無關(guān)。演示：計(jì)算機(jī)模擬彈簧振子的振動(dòng)，引導(dǎo)同學(xué)分析、討論：振子從b運(yùn)動(dòng)到e時(shí)，位移大小為|oe|，方向向右；振子從c運(yùn)動(dòng)到d時(shí)，位移大小為|od|，方向向左；振子運(yùn)動(dòng)到o時(shí)，位移為零；位移可以用振子坐標(biāo)x來表示。提出問題：彈簧振子振動(dòng)時(shí)，回復(fù)力與位移是什么關(guān)系？歸納同學(xué)的回答得到：根據(jù)胡克定律，彈簧振子的回復(fù)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(dòng)，叫做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。寫做f=-kx說明式中f為回復(fù)力；x為偏離平衡位置的位移

7、；k是常數(shù)，對(duì)于彈簧振子，k是勁度系數(shù)，對(duì)于其他物體的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，k是別的常數(shù)；負(fù)號(hào)表示回復(fù)力與位移的方向總相反。彈簧振子的振動(dòng)只是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的一種。但所有的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)都要符合f=-kx。不符合該規(guī)律的就不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。3在一次全振動(dòng)中，相關(guān)物理量的變化規(guī)律演示：計(jì)算機(jī)模擬彈簧振子的振動(dòng)。（與前面相似，用箭頭加x、v、a、f的顯示）讓同學(xué)觀察當(dāng)振子從bocob時(shí)，就完成了一次全振動(dòng)，以后振子會(huì)重復(fù)上述過程。（1）位移的變化演示：x的變化。（2）回復(fù)力的變化提出問題：當(dāng)位移x變化時(shí)，回復(fù)力f如何變化？在同學(xué)回答的基礎(chǔ)上明確：根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(dāng)回復(fù)力f變化時(shí)，加速度a如何變化？在同學(xué)回答的基礎(chǔ)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(dǎo)同學(xué)分析討論：bo振子怎樣運(yùn)動(dòng)？明確：是加速度變小的加速運(yùn)動(dòng)，速度v變大，o速度最大。再分析討論：oc振子做什么運(yùn)動(dòng)？是不是勻變速運(yùn)動(dòng)？明確：是加速度變大的減速運(yùn)動(dòng)，速度v變小，c速度為零。演示：v的變化。讓同學(xué)們將分析結(jié)果填入書p5/表1-1或自印表格如后圖發(fā)給學(xué)生可增補(bǔ)動(dòng)能和勢(shì)能兩項(xiàng)，符號(hào)約定：增大 ；減?。蛔畲髆；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(xué)的所填內(nèi)容是否正確。小結(jié)：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)，但不是勻變速運(yùn)動(dòng)

9、。加速度最大時(shí)，速度等于零；速度最大時(shí)，加速度等于零。（5）從簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，我們來看它在運(yùn)動(dòng)過程中能量如何變化？讓我們?cè)賮碛^察。這次觀察的目的是研究能量變化情況，觀察時(shí)應(yīng)注意觀察振子與彈簧組成的系統(tǒng)學(xué)生很容易回答在不計(jì)阻力的情況下，彈簧振子只有彈力做功，動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，是一個(gè)機(jī)械能守恒的過程。請(qǐng)同學(xué)寫出勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化的過程以及特殊點(diǎn)的動(dòng)能和勢(shì)能值。小結(jié)：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過程是一個(gè)動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化過程。（三）課堂小結(jié)1機(jī)械振動(dòng)是一種很普遍的運(yùn)動(dòng)形式，大至地殼的振動(dòng)，小至分子、原子的振動(dòng)。振動(dòng)的特征是在中心位置兩側(cè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。2為了研究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，我們運(yùn)用了物理學(xué)中的理想化方法：從最簡(jiǎn)單、最基本

10、的情況入手，抓住影響運(yùn)動(dòng)的主要因素，去掉次要的、非本質(zhì)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(yùn)動(dòng)問題，理想化是研究物理問題常用的方法之一。3簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種簡(jiǎn)單的、基本的振動(dòng)，許多物體的微小振動(dòng)都可以看作是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，復(fù)雜的振動(dòng)可以看作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的疊加，它的特征是：回復(fù)力與偏離平衡位置的位移成正比。4簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種變加速運(yùn)動(dòng)。（四）課堂訓(xùn)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(gè)物體在做的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)？l 【布置作業(yè)】：完成書p6/2（并思考其是否是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)）、4、52、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述l 【教學(xué)目標(biāo)】：

11、1知識(shí)與技能（1）知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅、周期和頻率的含義。理解周期和頻率的關(guān)系。（2）知道振動(dòng)物體的固有周期和固有頻率，并正確理解與振幅無關(guān)。（3）理解振動(dòng)圖像的物理意義，能利用圖像求振動(dòng)物體的振幅、周期及任意時(shí)刻的位移；會(huì)將振動(dòng)圖像與振動(dòng)物體在某時(shí)刻位移與位置對(duì)應(yīng)，并學(xué)會(huì)在圖象上分析與位移x有關(guān)的物理量。（4）知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式表示x=asinwt，知道什么是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圓頻率，知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圓頻率和周期的關(guān)系。2過程與方法：觀察砂擺演示實(shí)驗(yàn)中拉動(dòng)木板勻速運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)這是將質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的位移按時(shí)間掃描的基本實(shí)驗(yàn)方法。3滲透物理方法的教育：提高學(xué)生觀察、分析、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?dòng)手能力，從而讓學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)

12、是研究物理科學(xué)的重要基礎(chǔ)。l 【教學(xué)重點(diǎn)】：l 振幅、周期和頻率的物理意義；簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的物理意義l 【教學(xué)難點(diǎn)】：l 理解振動(dòng)物體的固有周期和固有頻率與振幅無關(guān)；振動(dòng)圖象與振動(dòng)軌跡的區(qū)別；圓頻率與周期的關(guān)系l 【教學(xué)器材】：l 彈簧振子，音叉，課件；砂擺實(shí)驗(yàn)演示：砂擺、砂子、玻璃板（或長(zhǎng)木板）l 【教學(xué)方法】：l 實(shí)驗(yàn)觀察、講授、討論，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)l 【教學(xué)過程設(shè)計(jì)】:第1課時(shí)1新課引入上節(jié)課講了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象和受力情況。我們知道振子在回復(fù)力作用下，總以某一位置為中心做往復(fù)運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在我們觀察彈簧振子的運(yùn)動(dòng)。將振子拉到平衡位置o的右側(cè)，放手后，振子在o點(diǎn)的兩側(cè)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。振子的運(yùn)動(dòng)是否具有周

13、期性？在圓周運(yùn)動(dòng)中，物體的運(yùn)動(dòng)由于具有周期性，為了研究其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，我們引入了角速度、周期、轉(zhuǎn)速等物理量。為了描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，也需要引入新的物理量，即振幅、周期和頻率。【板書】二 振幅、周期和頻率（或投影）2新課講授實(shí)驗(yàn)演示：觀察彈簧振子的運(yùn)動(dòng)，可知振子總在一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。說明振子離開平衡位置的距離在一定的數(shù)值范圍內(nèi)，這就是我們要學(xué)的第一個(gè)概念振幅?！景鍟?、振動(dòng)的振幅在彈簧振子的振動(dòng)中，以平衡位置為原點(diǎn)，物體離開平衡位置的距離有一個(gè)最大值。如圖所示（用投影儀投影），振子總在aa間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)物體離開平衡位置的最大距離。我們要注意，振幅是振動(dòng)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(gè)數(shù)值，指的是最大位移的絕對(duì)值?！景鍟空穹菢?biāo)量，表示振動(dòng)的強(qiáng)弱。實(shí)驗(yàn)演示：輕敲一下音叉，聲音不太響，音叉振動(dòng)的振幅較小，振動(dòng)較弱。重敲一下音叉，聲音較響，音叉振動(dòng)的振幅較大，振動(dòng)較強(qiáng)。振幅的單位和長(zhǎng)度單位一樣，在國(guó)際單位制中，用米表示?！景鍟浚?）、單位：m由于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)具有周期性，振子由某一點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過一定時(shí)間，將回到該點(diǎn)，我們稱振子完成了一次全振動(dòng)。振子完成一次全振動(dòng)，其位移和速度的大小、方向如何變化？學(xué)生討論后得出結(jié)論：振子完成一次全振動(dòng)，其位移和速度的大小、方向與

15、從該點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的位移和速度的大小、方向完全相同。在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，物體運(yùn)動(dòng)一個(gè)圓周，所需時(shí)間是一定的。觀察振子的運(yùn)動(dòng)，并用秒表或脈搏測(cè)定振子完成一次全振動(dòng)的時(shí)間，我們通常測(cè)出振子完成2030次全振動(dòng)的時(shí)間，從而求出平均一次全振動(dòng)的時(shí)間?？梢园l(fā)現(xiàn)，振子完成一次全振動(dòng)的時(shí)間是相同的?！景鍟?、振動(dòng)的周期和頻率（1）、振動(dòng)的周期t：做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體完成一次全振動(dòng)的時(shí)間。振動(dòng)的頻率f：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成全振動(dòng)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(dòng)快慢的物理量。兩者的關(guān)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(dòng)需要0.2s，那么1s內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)，就是1/0.2=5s-1.也就是說，1s鐘振動(dòng)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(guān)呢？學(xué)生猜想：可能與振子的振幅、質(zhì)量與彈簧的勁度系數(shù)有關(guān)，要求給出猜想理由并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明猜想。實(shí)驗(yàn)1：用兩個(gè)一樣的彈簧振子，拉到不同的振幅，用秒表或者脈搏計(jì)時(shí)實(shí)驗(yàn)演示：觀察兩個(gè)彈簧振子，比較一下這兩個(gè)振子的周期和頻率。演示實(shí)驗(yàn)表明，振幅不同的同一個(gè)彈簧振子，周期和頻率相同。即：同一個(gè)振子,其完成一次全振動(dòng)所用時(shí)間是不變的,但振動(dòng)的幅度可以調(diào)節(jié).不同的振子,雖振幅可相同,但周期是不同的.【板書】3、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期或頻率與振幅無關(guān)實(shí)驗(yàn)演示（引導(dǎo)學(xué)

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(diào)不發(fā)生變化,即頻率不變.實(shí)驗(yàn)2：我們繼續(xù)觀察兩個(gè)勁度系數(shù)不同的同質(zhì)量振子的運(yùn)動(dòng),我們可以認(rèn)識(shí)到, 彈簧振子的振動(dòng)周期與彈簧的勁度系數(shù)有關(guān)，勁度系數(shù)較大時(shí)，周期較小.實(shí)驗(yàn)3：我們繼續(xù)觀察兩個(gè)勁度系數(shù)相同的質(zhì)量不同的振子的運(yùn)動(dòng),我們用同一彈簧，拴上質(zhì)量較小和較大的小球，在振幅相同時(shí)，分別測(cè)出振動(dòng)的周期2和2，比較后得到結(jié)論.彈簧振子的振動(dòng)周期與振子的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量較小時(shí)，周期較小.歸納說明：【板書】 4、振子的周期(或頻率)由振動(dòng)系統(tǒng)本身的性質(zhì)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(huì)變調(diào).擺動(dòng)著的秋千,雖擺動(dòng)幅度發(fā)生變化,但頻率不發(fā)生變化.彈簧振子在實(shí)際的振動(dòng)中, 會(huì)逐漸停下來,但頻率是不變的.這些都說明所有能振動(dòng)的物體,都有自己的固有周期或固有頻率.鞏固練習(xí)（投影）1一物體從平衡位置出發(fā),做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),經(jīng)歷了10s的時(shí)間，測(cè)的物體通過了200cm的路程.已知物體的振動(dòng)頻率為2hz，該振動(dòng)的振幅為多大？2a、b兩個(gè)完全一樣的彈簧振子，把a(bǔ)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(shí)放手，那么：a. a、b運(yùn)動(dòng)的方向總是相同的.b。a、b運(yùn)動(dòng)的方向總是相反的.c a、b運(yùn)動(dòng)的方向有時(shí)相同、有時(shí)相反.d。無法判斷a、b運(yùn)動(dòng)

19、的方向的關(guān)系.3 p5/例1、2強(qiáng)調(diào)對(duì)稱性是解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)類題目的關(guān)鍵。l 【布置作業(yè)】：書p11/14第2課時(shí)回顧圖象知識(shí)引入新課同學(xué)們知道，物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以用數(shù)學(xué)圖象來描述，你們能說出那些運(yùn)動(dòng)圖象？學(xué)生討論后回答：位移圖象、速度圖象。引導(dǎo)學(xué)生說出勻速直線運(yùn)動(dòng)的位移s=vt,其圖象是一條過原點(diǎn)的 直線；初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的位移s=at2/2，其圖象是一條過原點(diǎn)的拋物線如圖1所示；勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度不變，圖象是一條平行時(shí)間軸的直線；初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的速度vt=at, 其圖象是一條過原點(diǎn)的直線.(教師可在黑板上畫出相應(yīng)的圖象或讓學(xué)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(biāo)、原點(diǎn)分別表示什么？物體運(yùn)動(dòng)的軌跡是什么？答：橫軸表示時(shí)間；縱軸表示位移；坐標(biāo)原點(diǎn)表示計(jì)時(shí)、位移起點(diǎn)。物體運(yùn)動(dòng)的軌跡是直線。因此大家要注意區(qū)分圖象與軌跡。雖然簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是較復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律也可以用圖象表示。本節(jié)課我們來討論簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象?！景鍟浚汉?jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象演示一：下面的木板不動(dòng)，讓砂擺振動(dòng)。讓學(xué)生觀察現(xiàn)象：1砂在木板上來回劃出一條直線，說明振動(dòng)物體僅僅只在平衡位置兩側(cè)來回運(yùn)動(dòng)，但由于各個(gè)不同時(shí)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(xué)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(gè)靜止點(diǎn)下方，砂子堆的多（如圖2），因?yàn)閿[在平衡位置運(yùn)動(dòng)的最快。講解：質(zhì)點(diǎn)做的是直線運(yùn)動(dòng)，但它每時(shí)刻的位移都有所不同。如何將不同時(shí)刻的位移分別顯示出來呢？演示二：讓砂擺振動(dòng)，同時(shí)沿著與振動(dòng)垂直的方向勻速拉動(dòng)擺下的長(zhǎng)木板（即平板勻速抽動(dòng)實(shí)驗(yàn)，如圖3所示）。讓學(xué)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(qǐng)同學(xué)們相互討論）（1） 圖線的x、y軸（橫、縱坐標(biāo)）分別表示什么物理量？（2） 曲線是不是質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡？質(zhì)點(diǎn)做的是什么運(yùn)動(dòng)？（3） 圖象的物理意義是什么？（4） 這條圖線的特點(diǎn)是什么？請(qǐng)同學(xué)回答，并討論得出正確結(jié)果?！景鍟浚阂弧⒑?jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象1圖象（如圖4）。2x-t圖線是

22、一條質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，位移隨時(shí)間變化的圖象。3振動(dòng)圖象的橫坐標(biāo)表示的是時(shí)間t，因此，它不是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡，質(zhì)點(diǎn)只是在平衡位置的兩側(cè)來回做直線運(yùn)動(dòng)。4振動(dòng)圖象是正弦曲線還是余弦曲線，這決定于t=0時(shí)刻的選擇。（提醒學(xué)生注意，t=t/4處，位移x最大，此時(shí)位移數(shù)值為振幅a，在t=t/8處，x=半周期的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)曲線，不是半圓強(qiáng)調(diào)圖線為正弦曲線。）【板書】：二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象描述振動(dòng)的物理量通過圖5振動(dòng)圖象，讓同學(xué)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(shí)刻的位移t?！景鍟浚?間接描述量：（請(qǐng)學(xué)生總結(jié)回答）

23、 x-t圖線上一點(diǎn)的切線的斜率等于v。例：求出上圖振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率，角頻率及t=5s時(shí)的瞬時(shí)速度。（請(qǐng)同學(xué)計(jì)算并回答）【板書】：三、從振動(dòng)圖象中的x分析有關(guān)物理量（v，a，f）簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是周期性。在回復(fù)力的作用下，物體的運(yùn)動(dòng)在空間上有往復(fù)性，即在平衡位置附近做往復(fù)的變加速（或變減速）運(yùn)動(dòng)；在時(shí)間上有周期性，即每經(jīng)過一定時(shí)間，運(yùn)動(dòng)就要重復(fù)一次。我們能否利用振動(dòng)圖象來判斷質(zhì)點(diǎn)x，f，v，a的變化，它們變化的周期雖相等，但變化步調(diào)不同，只有真正理解振動(dòng)圖象的物理意義，才能進(jìn)一步判斷質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。例：圖6所示為一單擺的振動(dòng)圖象。分析：求a，f，；求t=0時(shí)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(duì)應(yīng)振動(dòng)過程中的位置；t=1.5s，對(duì)質(zhì)點(diǎn)的x，f，v，a進(jìn)行分析。請(qǐng)幾位同學(xué)分別回答四個(gè)問題。由振動(dòng)圖象知a=3cm，t=2s，f=0。t=0時(shí)刻從振動(dòng)圖象看，x=0，質(zhì)點(diǎn)正擺在e點(diǎn)即將向g方向運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)圖象中的o，b，d三時(shí)刻，x=0，都在e位置，a為正的最大位移處，即g處，c為負(fù)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(fù)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(diǎn)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(diǎn)切

25、線的斜率等于v；v-t圖線上一點(diǎn)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(diào)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?jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式如圖的函數(shù)規(guī)律為正弦函數(shù)，請(qǐng)大家寫出它的表達(dá)式x=asin，其中一個(gè)周期時(shí)對(duì)應(yīng)=2，則t時(shí)對(duì)應(yīng)=；因此有x=asin（）。這樣不太好理解，為什么會(huì)出現(xiàn)角度這個(gè)物理量。而又代表什么呢？我們來觀察一個(gè)現(xiàn)象計(jì)算機(jī)模擬圓周運(yùn)動(dòng)和彈簧振子的對(duì)比課件。請(qǐng)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(yùn)動(dòng)正交分解后可以看作是兩個(gè)互相垂直的同頻率、同振幅的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的合成。根據(jù)參數(shù)方程的知

26、識(shí)，可以知道對(duì)于圓方程（我們令r=a），可以寫成和其中表示起始計(jì)時(shí)時(shí)質(zhì)點(diǎn)與圓心連線離x軸的夾角，而則表示從計(jì)時(shí)開始到t時(shí)刻中質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度。而為圓的角速度。我們知道分運(yùn)動(dòng)與合運(yùn)動(dòng)具有同時(shí)性。所以二者的周期是一樣的。因此我們用可以表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。其中的是我們從圓周運(yùn)動(dòng)中借來用的，所以又叫做角頻率，而角度能揭示振動(dòng)物體所處的位置，所以叫做相位；而是剛開始計(jì)時(shí)時(shí)的初始位置，因此又叫做初相位。*勻速圓周運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(jié)（1）簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象表示做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間變化的關(guān)

27、系，是一條正弦（或余弦曲線）曲線，不是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡。（2）從振動(dòng)圖象可以看出質(zhì)點(diǎn)的振幅、周期以及它在任意時(shí)刻的位移。可以得出x隨時(shí)間變化的公式。（3）凡與位移x有關(guān)的物理量（速度v，加速度a，回復(fù)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(jìn)一步分析質(zhì)點(diǎn)在某段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況奠定基礎(chǔ)。3、單擺(2課時(shí)) l 【教學(xué)目標(biāo)】：1知識(shí)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(jié)構(gòu)（2）理解單擺振動(dòng)的回復(fù)力來源及做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件，能從力的作用效果的觀點(diǎn)去分析回復(fù)力，并且采用近似法表達(dá)單擺的回復(fù)力。（3）知道單擺的周期和什么因素有關(guān)，掌握單擺振動(dòng)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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)周期公式來測(cè)量重力加速度l 【教學(xué)重點(diǎn)】：l 掌握好單擺的周期公式及其成立條件l 【教學(xué)難點(diǎn)】：l 單擺回復(fù)力的分析l 【教學(xué)器材】：l 兩個(gè)單擺（擺長(zhǎng)相同，質(zhì)量不同），單擺課件l 【教法學(xué)法】：l 讀書指導(dǎo)，猜想證明，實(shí)驗(yàn)對(duì)比，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)問題l 【教學(xué)過程設(shè)計(jì)】：第1課時(shí)1、 引入新課在前面我們學(xué)習(xí)了彈簧振子，知道彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。那么：物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件是什么？答：物體做機(jī)械振動(dòng)，受到的回復(fù)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(xué)習(xí)另一種機(jī)械振動(dòng)單擺的運(yùn)動(dòng)2、 新課教學(xué)【板書】：?jiǎn)螖[

29、模型：閱讀課本p12第2段，思考：什么是單擺？（學(xué)生閱讀畢，出示三個(gè)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(gè)擺是否是單擺？）均不是，若為橡皮繩，則繩的伸長(zhǎng)不可忽略；若為粗麻繩，則繩的質(zhì)量不可忽略；若繩太短而球很大，則繩長(zhǎng)不是遠(yuǎn)大于小球直徑。為什么對(duì)單擺有上述限制要求呢?教師指出：線的伸縮和質(zhì)量可以忽略使擺線有一定的長(zhǎng)度而無質(zhì)量，質(zhì)量全部集中在擺球上；線長(zhǎng)比球的直徑大得多，可把擺球當(dāng)作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，只有質(zhì)量無大小，懸線的長(zhǎng)度就是擺長(zhǎng).通過上述學(xué)習(xí)，我們知道單擺是實(shí)際擺的理想化的物理模型.因此，一根細(xì)線上端固定，下端系著一個(gè)小球，如果懸掛小球的細(xì)線的伸長(zhǎng)和質(zhì)量可以忽略，細(xì)線的長(zhǎng)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(shí)演示單擺振動(dòng)，介紹單擺的構(gòu)成）圖物理上的單擺，是在一個(gè)固定的懸點(diǎn)下，用一根不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩，系住一個(gè)一定質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)，在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)。所以，實(shí)際的單擺要求繩子輕而長(zhǎng)，擺球要小而重。擺長(zhǎng)指的是從懸點(diǎn)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(dòng)類似于鐘擺振動(dòng)。擺球靜止時(shí)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(xué)們認(rèn)為擺球做什么運(yùn)動(dòng)? 學(xué)生可能答：以懸掛點(diǎn)為圓心在豎直平面內(nèi)做圓弧運(yùn)動(dòng).學(xué)生還可能答：擺球以平衡位置o為中心振動(dòng).教師總結(jié)，擺球沿著以平衡位置o為中點(diǎn)的一段圓弧做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這就是單擺的振動(dòng).用

31、課件模擬擺球所做的運(yùn)動(dòng). 問：是什么原因?qū)е聰[球以平衡位置o為中點(diǎn)的一段圓弧做往復(fù)運(yùn)動(dòng)呢?物體做機(jī)械振動(dòng)，必然受到回復(fù)力的作用，彈簧振子的回復(fù)力由彈簧彈力提供，單擺同樣做機(jī)械振動(dòng)，回復(fù)力由誰來提供，如何表示？（教師畫受力圖。）1）平衡位置：當(dāng)擺球靜止在平衡位置o點(diǎn)時(shí)，細(xì)線豎直下垂，擺球所受重力g和懸線的拉力f平衡，o點(diǎn)就是擺球的平衡位置。2）回復(fù)力：將擺球拉離o點(diǎn)，從a位置釋放，擺球在細(xì)線的拉力f和重力g的作用下,沿aoa圓弧在平衡點(diǎn)o附近來回振動(dòng)，當(dāng)擺球運(yùn)動(dòng)到任一位置p時(shí)，此時(shí)擺球受重力g，拉力f作用，由于擺球沿圓弧運(yùn)動(dòng)，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(cè)還是右側(cè)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(fù)力為零的位置。）因此g1就是擺球的回復(fù)力。單擺的回復(fù)力f回=g1=mg sin，單擺的振動(dòng)是不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)呢？單擺受到的回復(fù)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(fù)力f的大小并不是和位移成正比，單擺的振動(dòng)不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。但是，在值較小的情況下（一般取10），在誤差允許的范圍內(nèi)可以近似的認(rèn)為 sin=x/ l，近似的有f= mg sin= ( mg /l )x = k x（k=mg/l）,又因?yàn)榛貜?fù)力的方向始終指向o點(diǎn)，與位移方向相反，滿足簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(fù)力作用下的振動(dòng)，f = - ( mg / l )x = - k x（k=mg/l）為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。所以，當(dāng)10時(shí)，單擺振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。條件：擺角10位移大時(shí)，單擺的回復(fù)力大，位移小，回復(fù)力小，當(dāng)單擺經(jīng)過平衡位置時(shí)，單擺的位移為0，回復(fù)力也為0，思考：此時(shí)，單擺所受的合外力是否為0？（學(xué)生思考，回答，根據(jù)學(xué)生的回答，引導(dǎo)。）單擺此時(shí)做的是圓周運(yùn)動(dòng)，做圓周運(yùn)動(dòng)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(dǎo)學(xué)生思考，單擺作圓周運(yùn)動(dòng)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(dāng)向心力。所以，單擺經(jīng)過平衡

34、位置時(shí)，受到的回復(fù)力為0 ，但是所受的合外力不為0。我們?cè)谘芯繂螖[問題時(shí)要注意單擺同時(shí)蘊(yùn)涵了兩個(gè)物理的基本模型，一是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，一是圓周運(yùn)動(dòng)。所以單擺的受力要同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)效果，既要在切向上提供單擺簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力，又要在徑向上提供圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。做為一個(gè)變速圓周運(yùn)動(dòng)，單擺受到的是大小和方向都不斷變化的合外力。【板書】：2.單擺的周期做機(jī)械振動(dòng)的物體都有振動(dòng)周期，請(qǐng)思考：?jiǎn)螖[的周期受那些因素的影響呢？（引導(dǎo)學(xué)生猜想）生：可能和擺球質(zhì)量、振幅、擺長(zhǎng)有關(guān)。單擺的周期是否和這些因素有關(guān)呢？下面我們用實(shí)驗(yàn)來證實(shí)我們的猜想為了減小對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾，每次實(shí)驗(yàn)中我們只改變一個(gè)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(zhì)量對(duì)單擺周期的影響：那么就先來看一下擺球質(zhì)量不同，擺長(zhǎng)和振幅相同，單擺振動(dòng)周期是不是相同。演示1將擺長(zhǎng)相同，質(zhì)量不同的擺球拉到同一高度釋放?，F(xiàn)象：兩擺球擺動(dòng)是同步的，即說明單擺的周期與擺球質(zhì)量無關(guān)，不會(huì)受影響。這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要是為研究屬于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的單擺振動(dòng)的周期，所以擺角不要超過10。接下來看一下振幅對(duì)周期的影響。演示2擺角小于10的情況下，把兩個(gè)同質(zhì)量、同繩長(zhǎng)的擺球從不同高度釋放。（由一名學(xué)生來完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，教師加以指導(dǎo)）現(xiàn)象：擺球同步振動(dòng)，說明單擺振動(dòng)的周期和振幅無關(guān)。剛才做過的兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了如果兩個(gè)擺擺長(zhǎng)相等，單擺振動(dòng)周期和擺球質(zhì)量、振幅無關(guān)。如果擺長(zhǎng)l不等，

36、改變了這個(gè)條件會(huì)不會(huì)影響周期？演示3取擺長(zhǎng)不同，兩個(gè)同質(zhì)量的擺球從同一高度同時(shí)釋放，注意要10。（由一名學(xué)生來完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，教師加以指導(dǎo)）現(xiàn)象：兩擺振動(dòng)不同步，而且擺長(zhǎng)越長(zhǎng)，振動(dòng)就越慢。這說明單擺振動(dòng)和擺長(zhǎng)有關(guān)。具體有什么關(guān)系呢？荷蘭物理學(xué)惠更斯研究了單擺的振動(dòng)，在大量可靠的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，經(jīng)過一系列的理論推導(dǎo)和證明得到：?jiǎn)螖[的周期和擺長(zhǎng)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(shí)這個(gè)公式的提出，也是在單擺振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的前提下，條件：擺角10由周期公式我們看到t與兩個(gè)因素有關(guān)，當(dāng)g一定，t與成正比；當(dāng)l一定，t與成反比；l，g都一定，t就一定了，對(duì)應(yīng)每一個(gè)單擺有一個(gè)固

37、有周期t， 周期的應(yīng)用：?jiǎn)螖[周期的這種周期和振幅無關(guān)的性質(zhì)，叫做等時(shí)性。單擺的等時(shí)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(xué)院進(jìn)入比薩大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)，他的中充滿著奇妙的幻想和對(duì)自然科學(xué)的無窮疑問，一次他在比薩大學(xué)忘掉了向上帝祈禱，雙眼注視著天花板上懸垂下來?yè)u擺不定的掛燈，右手按著左手的脈搏，口中默默地?cái)?shù)著數(shù)字，在一般人熟視無睹的現(xiàn)象中，他卻第一個(gè)明白了掛燈每擺動(dòng)一次的時(shí)間是相等的，于是制作了單擺的模型，潛心研究了單擺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，給人類奉獻(xiàn)了最初的能準(zhǔn)確計(jì)時(shí)的儀器.）鐘擺的擺動(dòng)就是一種單擺的運(yùn)動(dòng)，擺鐘也是根據(jù)等時(shí)性這個(gè)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(zhǎng)調(diào)整一下，應(yīng)縮短l，使t減??；如果這個(gè)鐘在北京走得好好的，帶到廣州去會(huì)怎么樣？由于廣州g小于北京的g值，所以t變大，鐘也會(huì)走慢；同樣，把鐘帶到月球上鐘也會(huì)變慢。我們還可以根據(jù)這個(gè)周期公式測(cè)某地的重力加速度，由公式可知只要測(cè)出單擺的擺長(zhǎng)、周期，就可以得到單擺所在地的重力加速度?！景鍟浚?jiǎn)螖[的振動(dòng)圖象：我們知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，它振動(dòng)的圖象也是正弦或余弦曲線.做課本p9/迷你實(shí)驗(yàn)室的演示實(shí)驗(yàn)，并用實(shí)物投影儀投影漏斗的漏砂落到勻速拉動(dòng)的硬紙板上形成的圖象是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象.總結(jié)：從理論上和實(shí)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).3.課堂小結(jié)本節(jié)課主要講了單擺振動(dòng)的規(guī)律，只有在10時(shí)單擺振動(dòng)才是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；單擺振動(dòng)周期，當(dāng)g一定，t與成正比；當(dāng)l一定，t與成反比。我們還可以根據(jù)這個(gè)周期公式測(cè)某地的重力加速度，由公式可知只要測(cè)出單擺的擺長(zhǎng)、周期，就可以得到單擺所在地的重力加速度。4.課堂練習(xí)：p12/1、2、3、4、6、7l 【布置作業(yè)】：書p16/1、2、3、4、5、6第2課時(shí)分組實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)螖[測(cè)定重力加速度【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚簩W(xué)會(huì)用單擺測(cè)定當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，正確熟練使用秒表?！緦?shí)驗(yàn)器材】：球心有小孔的小金屬球長(zhǎng)度大于1米的細(xì)尼龍線鐵夾鐵架臺(tái)游標(biāo)卡尺米尺秒表【圖1實(shí)驗(yàn)原理】：根據(jù)單擺周期公式t=2，得：g=

40、。據(jù)此，只要測(cè)得擺長(zhǎng)和 周期即可算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭?！緦?shí)驗(yàn)步驟】1、用細(xì)線拴好小球，懸掛在鐵架臺(tái)上，使擺線自由下垂，如圖1。注意：線要細(xì)且不易伸長(zhǎng)，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(diǎn)要固定不變，以防擺長(zhǎng)改變。2、用米尺和游標(biāo)卡尺測(cè)出單擺擺長(zhǎng)。注意：擺長(zhǎng)應(yīng)為懸點(diǎn)到球心的距離，即l=l+d/2；其中l(wèi)為懸點(diǎn)到球面的擺線長(zhǎng)，d為球的直徑。3、用秒表測(cè)出擺球擺動(dòng)30次的時(shí)間t，算出周期t。注意：為減小記時(shí)誤差，采用倒數(shù)計(jì)數(shù)法，即當(dāng)擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)開始計(jì)數(shù)，“3，2，1，0，1，2，3”數(shù)“0”時(shí)開始計(jì)時(shí)，數(shù)到“60”停止計(jì)時(shí)，則擺球全振動(dòng)30次，t=t/30。計(jì)時(shí)

41、從平衡位置開始是因?yàn)榇颂帞[球的速度最大，人在判定它經(jīng)過此位置的時(shí)刻，產(chǎn)生的計(jì)時(shí)誤差較小。為減小系統(tǒng)誤差，擺角a應(yīng)不大于10，這可以用量角器粗測(cè)。4、重復(fù)上述步驟，將每次對(duì)應(yīng)的擺長(zhǎng)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?shí)驗(yàn)記錄】：物理量次 擺長(zhǎng)l（米） 振動(dòng)次數(shù)n（次） n次歷時(shí)t（秒） 周期t（秒） g=42l/t2（米/秒2 ）g（米/秒2） 當(dāng)?shù)豨 1 2 3 注意：（1）為減小計(jì)算誤差，不應(yīng)先算t的平均值再求g，而應(yīng)先求出每次的g值再平均。（2）實(shí)驗(yàn)過程中：易混淆的是：擺通過平衡位置的次數(shù)與全振動(dòng)的次數(shù)。易錯(cuò)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(cuò)用，（前者是擺經(jīng)平衡位置數(shù)“0”開始計(jì)時(shí)，后者是數(shù)“1”開始計(jì)時(shí)）。易忘的是：漏加或多加小球半徑，懸點(diǎn)未固定；忘了多測(cè)幾次，g取平均值。【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】：從表中計(jì)算的g看，與查得的當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)g值近似相等，其有效數(shù)字至少3位?！緦?shí)驗(yàn)變通】：變通（1）：變器材，用教學(xué)樓陽(yáng)臺(tái)代替鐵架臺(tái)，用數(shù)米長(zhǎng)的尼龍細(xì)線拴好的小掛鎖代替擺球，用米尺只測(cè)量擺線的一段長(zhǎng)度，用秒表測(cè)量周期t仍能測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋浜?jiǎn)要方法如下：如下圖所示，設(shè)陽(yáng)臺(tái)上的懸點(diǎn)為o，掛鎖的重心為o在擺長(zhǎng)上離掛鎖附近作一紅色標(biāo)記m，用米尺量om=l1，而mo=l2，不必測(cè)量，則：t12=42（l1+l2）/g在懸點(diǎn)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(cè)量方法同上述方法）此實(shí)驗(yàn)也可以用t2-l圖象法去求。變通（2）：變器材，變對(duì)象，在地球表面借助電視機(jī)，依據(jù)周期公式，用機(jī)械手表測(cè)月球表面自由落體的加速度g月。有一位物理學(xué)家通過電視機(jī)觀看宇航員登月球的情況，他發(fā)現(xiàn)在登月密封艙內(nèi)懸掛著一個(gè)重物在那里微微擺動(dòng)，其懸繩長(zhǎng)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(shí)間t內(nèi)重物經(jīng)最低點(diǎn)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(diǎn)開始計(jì)時(shí)數(shù)到n=30次的時(shí)間t為1分12.5秒，并估計(jì)繩長(zhǎng)約等于宇航員

44、身高。由t=t/（n-1）/2和t=2計(jì)算出了g月?！靖健浚宏P(guān)于秒表的使用考慮到實(shí)驗(yàn)時(shí)間，秒表的使用教學(xué)應(yīng)該在第1課時(shí)的末尾先利用實(shí)物投影裝置進(jìn)行秒表構(gòu)造：1、外殼按鈕：使指針啟動(dòng)、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(zhuǎn)一周歷時(shí)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(zhuǎn)一周歷時(shí)15分。 秒表的工作原理：機(jī)械秒表靠發(fā)條轉(zhuǎn)動(dòng)力矩通過內(nèi)部齒輪驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)擺動(dòng)的秒針和分針，即將發(fā)條的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使指針擺動(dòng)。秒表的讀數(shù)：不足30秒即秒針轉(zhuǎn)不到一周時(shí)，直接讀大圓周上秒針?biāo)傅暮隗w分度值，

45、因?yàn)榇髨A周上有紅、黑兩種字體，黑字0 30，紅字0 60，意思是秒針轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shí)為兩個(gè)示數(shù)之和。秒表的使用方法：a按鈕開始記時(shí)，分針、秒針都啟動(dòng)。b按鈕停止記時(shí)，分針、秒針都停止。c按鈕分針、秒針回“0”位，此時(shí)在使用有兩個(gè)按鈕的表時(shí)，應(yīng)按“0”位側(cè)邊的鈕。注意事項(xiàng)：a上發(fā)條不宜緊，用完后不必松發(fā)條。b計(jì)時(shí)中途不可按鈕。c防止打擊和強(qiáng)烈振動(dòng)。d切勿放在磁鐵附近。（如收錄機(jī)、電視機(jī)旁）。【布置作業(yè)】：1. 完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告和p13/探究應(yīng)用2. 補(bǔ)充練習(xí)：

46、（1）手表的秒針、分針和時(shí)針的角速度之比1：2：3=？。 （2）一位同學(xué)用單擺做測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn)，他將擺掛起后，進(jìn)行了如下存在遺漏或錯(cuò)誤的步驟，請(qǐng)指出這些步驟的字母并改正。測(cè)擺長(zhǎng)l：用米尺量出擺線的長(zhǎng)度l。 測(cè)周期t：將擺線拉起，然后放開，在擺球某次通過最低點(diǎn)時(shí)，按下秒表開始計(jì)時(shí)，同時(shí)將此次通過最低點(diǎn)作為第一次，接著一直數(shù)到第60次通過最低點(diǎn)時(shí)，按秒表停止計(jì)時(shí)，讀出這段時(shí)間t，算出t=t/60。 將所測(cè)得的l和t代入t=2算出g作為實(shí)驗(yàn)的最后結(jié)果寫入實(shí)驗(yàn)報(bào)告中去。 （3）如下圖所示，某同學(xué)用單擺測(cè)重力加速度時(shí)，將一根麻繩系住一個(gè)直徑約為4厘米的木質(zhì)圓球，上端纏繞在水平放置的較粗的圓棒上，當(dāng)

47、木球懸掛靜止時(shí)，用米尺測(cè)得繩上懸點(diǎn)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(jì)時(shí)，待木球第一次到達(dá)另一邊的最高點(diǎn)時(shí)，停止秒表，他將這段時(shí)間作為t，然后將所測(cè)得的l、t代入t=2中求出g值，請(qǐng)指出這位同學(xué)的操作錯(cuò)誤之處。4、生活中的振動(dòng) l 【教學(xué)目標(biāo)】：1.知識(shí)與技能 （1）知道阻尼振動(dòng)和無阻尼振動(dòng)，并能從能量的觀點(diǎn)給予說明。知道實(shí)際的振動(dòng)過程是阻尼振動(dòng)，了解阻尼振動(dòng)的圖象。（2）知道受迫振動(dòng)的概念。知道受迫振動(dòng)的頻率取決于驅(qū)動(dòng)力的頻率，而跟振動(dòng)物體的固有頻率無關(guān)。（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(yīng)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(shí)際例子，得到什么是受迫振動(dòng)和共振現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系實(shí)際，提高觀察和分析能力；了解共振在實(shí)際中的應(yīng)用和防止，提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力3.情感態(tài)度價(jià)值觀：通過共振的應(yīng)用和防止的教學(xué)，滲透一分為二的觀點(diǎn)；通過共振產(chǎn)生條件的教學(xué)，認(rèn)識(shí)內(nèi)因和外因的關(guān)系【教學(xué)重難點(diǎn)】：l 理解受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率；掌握共振的條件及其應(yīng)用l 【教學(xué)器材】：l 彈簧振子、受迫振動(dòng)演示儀、擺的共振演示器、視頻（橋在共振時(shí)坍塌）若干l 【教法學(xué)法】：l 讀書指導(dǎo)，猜想證明，實(shí)驗(yàn)對(duì)比，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)問題l 【教學(xué)過程設(shè)計(jì)】：1、 復(fù)習(xí)提問讓學(xué)生注意觀察

49、教師的演示實(shí)驗(yàn)。教師把彈簧振子的振子向右移動(dòng)至b點(diǎn)，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(dòng)起來。重復(fù)兩次讓學(xué)生在黑板上畫出振動(dòng)圖象的示意圖（圖1）。再次演示上面的振動(dòng)，只是讓起始位置明顯地靠近平衡位置，再讓學(xué)生在原坐標(biāo)上畫出第二次振子振動(dòng)的圖象（圖1中的）。和應(yīng)同頻、同相、振幅不同。結(jié)合圖象和振子運(yùn)動(dòng)與學(xué)生一起分析能量的變化并引入新課。2、 新課教學(xué)現(xiàn)在以彈簧振子為例討論一下簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量問題。問：振子從b向o運(yùn)動(dòng)過程中，它的能量是怎樣變化的？引導(dǎo)學(xué)生答出彈性勢(shì)能減少，動(dòng)能增加。問：振子從o向c運(yùn)動(dòng)過程中能量如何變化？振子由c向o、又由o向b運(yùn)動(dòng)的過程中，能量又是如何變

50、化的？問：振子在振動(dòng)過程中總的機(jī)械能如何變化？引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用機(jī)械能守恒定律，得出在不計(jì)阻力作用的情況下，總機(jī)械能保持不變。教師指出：將振子從b點(diǎn)釋放后在彈簧彈力（回復(fù)力）作用下，振子向左運(yùn)動(dòng)，速度加大，彈簧形變（位移）減少，彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為振子的動(dòng)能。當(dāng)回到平衡位置o時(shí)，彈簧無形變，彈性勢(shì)能為零，振子動(dòng)能達(dá)到最大值，這時(shí)振子的動(dòng)能等于它在最大位移處（b點(diǎn)）彈簧的彈性勢(shì)能，也就是等于系統(tǒng)的總機(jī)械能。在任何一位置上，動(dòng)能和勢(shì)能之和保持不變，都等于開始振動(dòng)時(shí)的彈性勢(shì)能，也就是系統(tǒng)的總機(jī)械能。由于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中總機(jī)械能守恒，所以簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中振幅不變。如果初始時(shí)b點(diǎn)與o點(diǎn)的距離越大，到o點(diǎn)時(shí)，振子的動(dòng)能越大

51、，則系統(tǒng)所具有的機(jī)械能越大。相應(yīng)地，振子的振幅也就越大，因此簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅與能量相對(duì)應(yīng)。問：從能量的觀點(diǎn)來看，和哪一個(gè)振動(dòng)的機(jī)械能多？學(xué)生答出的機(jī)械能多。教師可以指出：可以證明，對(duì)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)的機(jī)械能與振幅的平方成正比，即其中e是振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能，k是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中回復(fù)力與位移的比例系數(shù)，a是振幅，a越大，e越大。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的振動(dòng)，像彈簧振子和單擺那樣，一旦提供振動(dòng)系統(tǒng)一定的能量，由于機(jī)械能守恒，它們就要以一定的振幅永不停息地振動(dòng)下去?？墒菍?shí)際上振動(dòng)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(dòng)圖象是什么樣的呢？引導(dǎo)學(xué)生分析并畫出圖象（如圖2）：在實(shí)際情況中存在空氣阻力

52、或摩擦阻力，振動(dòng)系統(tǒng)克服阻力做功，系統(tǒng)的能量就要損耗，振動(dòng)的振幅也就會(huì)逐漸減小，甚至完全停下來。指出：振幅隨時(shí)間減小的振動(dòng)叫做阻尼振動(dòng)。圖2就是阻尼振動(dòng)的圖象。問：怎樣才能使受阻力的振動(dòng)物體的振幅不變，而一直振動(dòng)下去呢？引導(dǎo)學(xué)生答出，應(yīng)不斷地向系統(tǒng)補(bǔ)充損耗的機(jī)械能，以使振動(dòng)物體的振幅不變。指出：這種振幅不變的振動(dòng)叫等幅振動(dòng)。有時(shí)我們要使物體的振動(dòng)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(shí)候我們希望減小阻尼，讓物體振動(dòng)的次數(shù)多些，甚至在一段時(shí)間內(nèi)接近簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，這就要減小阻尼如清洗鐘表，填加潤(rùn)滑油，或者在受阻尼的同時(shí)增加一個(gè)周期性的動(dòng)力來補(bǔ)充能量，使其振幅不變。舉幾

53、個(gè)等幅振動(dòng)的例子，例如電鈴響的時(shí)候，鈴錘是做等幅振動(dòng)。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作時(shí)，打點(diǎn)針是做等幅振動(dòng)。掛鐘的擺是做等幅振動(dòng)。它們的共同特點(diǎn)是，工作時(shí)振動(dòng)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(qū)動(dòng)力。在驅(qū)動(dòng)力作用下物體的振動(dòng)叫受迫振動(dòng)。再讓學(xué)生舉幾個(gè)受迫振動(dòng)的例子，例如內(nèi)燃機(jī)氣缸中活塞的運(yùn)動(dòng)，縫紉機(jī)針頭的運(yùn)動(dòng)，揚(yáng)聲器紙盆的運(yùn)動(dòng)，電話耳機(jī)中膜片的運(yùn)動(dòng)等都是受迫振動(dòng)。問：顯然，揚(yáng)聲器的喇叭紙盆的振動(dòng)可快可慢，不是一個(gè)固有頻率，那么，受迫振動(dòng)的頻率跟什么有關(guān)呢？讓學(xué)生注意觀察演示（圖3）。用不同的轉(zhuǎn)速勻速地轉(zhuǎn)動(dòng)把手，可以發(fā)現(xiàn)，開始振子的運(yùn)動(dòng)情況比較復(fù)雜，但達(dá)到穩(wěn)定后，振子的運(yùn)動(dòng)就比較穩(wěn)定

54、，可以明顯地觀察到受迫振動(dòng)的周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期。這樣就可以得到物體做受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，而跟振子的固有頻率無關(guān)。問：大家在觀察實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)了什么？引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注到受迫振動(dòng)在驅(qū)動(dòng)力頻率不同時(shí)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(gè)單擺，其中a、b、g球的擺長(zhǎng)相等。當(dāng)使a擺動(dòng)起來后，a球的振動(dòng)通過張緊的繩給其余各擺施加周期性的驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)一段時(shí)間后，它們都會(huì)振動(dòng)起來。驅(qū)動(dòng)力的頻率等于a擺的頻率。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在a擺多次擺動(dòng)后，各球都將以a球的頻率振動(dòng)起來，但振幅不同，固有頻率與驅(qū)動(dòng)力頻率相等的b、g球的振幅最大，而頻率與驅(qū)動(dòng)力頻率相差最大的d、e球的振幅最小。明確指出

55、：驅(qū)動(dòng)力的頻率跟物體的固有頻率相等時(shí)，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(gè)頻率相同的音叉a和b，相隔不遠(yuǎn)并排放在桌上，打擊音叉a的叉股，使它發(fā)聲過一會(huì)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(gè)套管來改變b叉的固有頻率，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，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(dòng)后，在空氣中激起聲波，聲波傳到b后，給b一個(gè)周期性的驅(qū)動(dòng)力由于驅(qū)動(dòng)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(qiáng)，家用的音箱的原理類似于此展示受迫振動(dòng)的振幅隨驅(qū)動(dòng)力頻率變化的關(guān)系投影片（如圖5），并加以解釋。共振在中國(guó)古代就有非常奇妙的利用了，請(qǐng)大家閱讀書p2的導(dǎo)入部分，說說魚洗噴水的原理是