高二物理人教選修34112簡諧運動的描述教案

1、臨清三中 物理 編寫人：盛淑貞 審稿人：孫伏虎選修3-4第十一章 機(jī)械振動11.2、簡諧運動的描述教案一、教材分析本節(jié)內(nèi)容是在上一節(jié)了解了簡諧運動的位移特點的基礎(chǔ)上，以簡諧運動為例，學(xué)習(xí)描述振動特點的物理量，為描述其他振動奠定基礎(chǔ)。進(jìn)而使學(xué)生了解不同的運動形式應(yīng)用不同的物理量描述。是本章的重點內(nèi)容。二、教學(xué)目標(biāo)1.知識與技能1知道簡諧運動的振幅、周期和頻率的含義。2理解周期和頻率的關(guān)系。3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(guān)。2.過程與方法通過觀察演示實驗，總結(jié)頻率與振幅無關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括能力。三、教學(xué)重點難點教學(xué)重點:簡諧運動的振幅、周期和頻率的概念；相位的物理意義

2、。教學(xué)難點: 1、振幅和位移的聯(lián)系和區(qū)別、周期和頻率的聯(lián)系和區(qū)別； 2、對全振動概念的理解，對振動的快慢和振動物體運動的快慢的理解； 3、相位的物理意義四、學(xué)情分析學(xué)生學(xué)習(xí)了交流電后對周期性的運動應(yīng)由周期與頻率描述并不難接受，但對振幅的意義理解是一個新問題，因此要區(qū)分位移、振幅、路程的概念，從而使學(xué)生能夠理解振幅。五、教學(xué)方法思考、講授、實驗相結(jié)合。六、課前準(zhǔn)備彈簧振子、預(yù)習(xí)學(xué)案七、課時安排 1課時八、教學(xué)過程（一）預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑學(xué)生回答預(yù)習(xí)學(xué)案的內(nèi)容，提出疑惑（二）精講點撥1振幅演示：在鐵架臺上懸掛一豎直方向的彈簧振子，分別把振子從平衡位置向下拉不同的距離，讓振子振動?，F(xiàn)象：兩種情況下，

3、彈簧振子振動的范圍大小不同；振子振動的強(qiáng)弱不同。在物理學(xué)中，我們用振幅來描述物體的振動強(qiáng)弱。（1）物理意義：振幅是描述振動 的物理量。（2）定義：振動物體離開平衡位置的 ，叫做振動的振幅。（3）單位：在國際單位制中，振幅的單位是米（m）。（4）振幅和位移的區(qū)別振幅是指振動物體離開平衡位置的最大距離；而位移是振動物體所在位置與平衡位置之間的距離。對于一個給定的振動，振子的位移是時刻變化的，但振幅是不變的。位移是矢量，振幅是標(biāo)量。振幅等于最大位移的數(shù)值。 2周期和頻率（1）全振動從O點開始，一次全振動的完整過程為：OAOAO。從A點開始，一次全振動的完整過程為：AOAOA。從A點開始，一次全振動的

4、完整過程為：AOAOA。OAA在判斷是否為一次全振動時不僅要看是否回到了原位置，而且到達(dá)該位置的振動狀態(tài)（速度）也必須相同，才能說完成了一次全振動。只有物體振動狀態(tài)再次恢復(fù)到與起始時刻完全相同時，物體才完成一次全振動。振動物體以相同的速度相繼通過同一位置所經(jīng)歷的過程，也就是連續(xù)的兩次位置和振動狀態(tài)都相同時所經(jīng)歷的過程，叫做一次全振動。一次全振動是簡諧運動的最小運動單元，振子的運動過程就是這一單元運動的不斷重復(fù)。（2）周期和頻率演示：在兩個勁度系數(shù)不同的彈簧下掛兩個質(zhì)量相同的小球，讓這兩個彈簧振子以相同的振幅振動，觀察到振子振動的快慢不同。為了描述簡諧運動的快慢，引入了周期和頻率。周期：做簡諧運

5、動的物體完成一次全振動所需的時間，叫做振動的周期，單位：s。頻率：單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù)，叫頻率，單位：Hz，1Hz=1 s-1。周期和頻率之間的關(guān)系：T= 研究彈簧振子的周期問題：猜想彈簧振子的振動周期可能由哪些因素決定?演示：兩個不同的彈簧振子（彈簧不同，振子小球質(zhì)量也不同），學(xué)生觀察到：兩個彈簧振子的振動不同步，說明它們的周期不相等。猜想：影響彈簧振子周期的因素可能有：振幅、振子的質(zhì)量、彈簧的勁度系數(shù)。注意事項：a秒表的正確讀數(shù)及使用方法。b應(yīng)選擇振子經(jīng)過平衡位置的時刻作為開始計時的時刻。c振動周期的求解方法：T= ，t表示發(fā)生n次全振動所用的總時間。d給學(xué)生發(fā)秒表，全班同學(xué)同時測

6、講臺上演示的彈簧振子的振動周期。實驗驗證：彈簧一端固定，另一端系著小球，讓小球在豎直方向上振動。實驗一：用同一彈簧振子，質(zhì)量不變，振幅較小與較大時，測出振動的周期T1和T1，并進(jìn)行比較。結(jié)論：彈簧振子的振動周期與振幅大小 。實驗二：用同一彈簧，拴上質(zhì)量較小和較大的小球，在振幅相同時，分別測出振動的周期T2和T2，并進(jìn)行比較。結(jié)論：彈簧振子的振動周期與振子的質(zhì)量 ，質(zhì)量較小時，周期較 。實驗三：保持小球的質(zhì)量和振幅不變，換用勁度系數(shù)不同的彈簧，測出振動的周期T3和T3，并進(jìn)行比較。結(jié)論：彈簧振子的振動周期與彈簧的勁度系數(shù) ，勁度系數(shù)較大時，周期較 。通過上述實驗，我們得到：彈簧振子的周期由振動系

7、統(tǒng)本身的 和 決定，而與 無關(guān)。固有周期和固有頻率對一個確定的振動系統(tǒng)，振動的周期和頻率只與振動系統(tǒng)本身有關(guān)，所以把周期和頻率叫做固有周期和固有頻率。3相位（觀察和比較兩個擺長相等的單擺做簡諧運動的情形）演示：將并列懸掛的兩個等長的單擺（它們的振動周期和頻率相同），向同一側(cè)拉起相同的很小的偏角同時釋放，讓它們做簡諧運動?，F(xiàn)象：兩個簡諧運動在同一方向同時達(dá)到位移的最大值，也同時同方向經(jīng)過平衡位置，兩者振動的步調(diào)一致。對于同時釋放的這兩個等長單擺，我們說它們的相位相同。演示：將兩個單擺拉向同一側(cè)拉起相同的很小的偏角，但不同時釋放，先把第一個放開，當(dāng)它運動到平衡位置時再放開第二個，讓兩者相差周期，讓

8、它們做簡諧運動?，F(xiàn)象：兩者振動的步調(diào)不再一致了，當(dāng)?shù)谝粋€到達(dá)另一側(cè)的最高點時，第二個小球又回到平衡位置，而當(dāng)?shù)诙€擺球到達(dá)另一方的最高點時，第一個小球又已經(jīng)返回平衡位置了。與第一個相比，第二個總是滯后1/4周期，或者說總是滯后1/4全振動。對于不同時釋放的這兩個等長單擺，我們說它們的相位不相同。要詳盡地描述簡諧運動，只有周期（或頻率）和振幅是不夠的，在物理學(xué)中我們用不同的相位來描述簡諧運動在一個全振動中所處的不同階段。相位是表示物體振動步調(diào)的物理量，用相位來描述簡諧運動在一個全振動中所處的階段。 4簡諧運動的表達(dá)式（1）簡諧運動的振動方程既然簡諧運動的位移和時間的關(guān)系可以用正弦曲線或余弦曲線來

9、表示，那么若以x代表質(zhì)點對于平衡位置的位移，t代表時間，根據(jù)三角函數(shù)知識，x和t的函數(shù)關(guān)系可以寫成 公式中的A代表振動的振幅，叫做圓頻率，它與頻率f之間的關(guān)系為：=2f；公式中的表示簡諧運動的相位，t=0時的相位叫做初相位，簡稱初相。（2）兩個同頻率簡諧運動的相位差設(shè)兩個簡諧運動的頻率相同，則據(jù)=2f，得到它們的圓頻率相同，設(shè)它們的初相分別為1和2，它們的相位差就是（t+2）（t+）=21討論： 個物體運動時其相位變化多少就意味著完成了一次全振動? （相位每增加2就意味著發(fā)生了一次全振動）甲和乙兩個簡諧運動的相位差為3/2，意味著什么? （甲和乙兩個簡諧運動的相位差為3/2，意味著乙總是比甲滯

10、后3/2個周期或3/2次全振動）（3）相位的應(yīng)用 （三）課堂小結(jié)本節(jié)學(xué)習(xí)了描述簡諧振動特點的物理量：振幅、周期和頻率，知道振幅是描述振動強(qiáng)弱的物理量，是最大位移的絕對值，標(biāo)量，并與振動的位移與路程進(jìn)行了比較，知道位移是矢量，路程也是標(biāo)量。（四）反思總結(jié)，當(dāng)堂檢測（五）布置作業(yè)：問題與練習(xí)1、3九、板書設(shè)計二、簡諧運動的描述1、振幅：（1）物理意義：振幅是描述振動強(qiáng)弱的物理量。（2）定義：振動物體離開平衡位置的最大距離，叫做振動的振幅。（3）單位：在國際單位制中，振幅的單位是米（m）。（4）振幅和位移的區(qū)別：位移是矢量，振幅是標(biāo)量2周期和頻率（1）全振動（2）周期和頻率周期：做簡諧運動的物體完成

11、一次全振動所需的時間，叫做振動的周期，單位：s。頻率：單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù)，叫頻率，單位：Hz，1Hz=1 s-1。周期和頻率之間的關(guān)系：T= 3相位描述簡諧運動在一個全振動中所處的不同階段十、教學(xué)反思 本節(jié)學(xué)習(xí)了描述簡諧振動特點的物理量：振幅、周期和頻率，知道振幅是描述振動強(qiáng)弱的物理量，是最大位移的絕對值，標(biāo)量，并與振動的位移與路程進(jìn)行了比較，知道位移是矢量，路程也是標(biāo)量。但對運動的對稱性及全面的了解簡諧運動涉及較少，需提提醒同學(xué)進(jìn)行觀察與總結(jié)。11.2、簡諧運動的描述學(xué)案課前預(yù)習(xí)學(xué)案一、預(yù)習(xí)目標(biāo)1.能說出什么是一次全振動、振幅、周期和頻率，初步認(rèn)識位移和振幅的區(qū)別。2.能寫出簡諧運

12、動的表達(dá)式二、預(yù)習(xí)內(nèi)容1、彈簧振子的振幅 振動物體離開平衡位置的 叫振幅， 叫位移。2、周期和頻率 叫一次全振動。 叫振動周期，物理符號是T，單位是s。 叫振動頻率，物理符號為f，單位為Hz。周期與頻率的關(guān)系為 。3、什么是相位、相位差？三、提出疑惑課內(nèi)探究學(xué)案一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、能說出振幅的物理意義，能說出振幅與位移的區(qū)別。2、能說出振子完成一次全振動的特點，理解周期與頻率的關(guān)系。3、理解相位的物理意義，在振動方程中能指出各物理量。重點各物理量的意義.難點相位的意義二、學(xué)習(xí)過程（一）振幅、位移、路程1、什么叫振幅？振動的強(qiáng)弱與振幅什么關(guān)系?是矢量還是標(biāo)量？2、什么是振動質(zhì)點的位移？是矢量還是標(biāo)量

13、？對應(yīng)時間還是時刻？3、什么是振動質(zhì)點通過的路程？（二）周期和頻率1、兩次經(jīng)過同一位置之間的時間間隔是一個周期嗎？你怎樣理解一個全振動？2、設(shè)計一種方法較準(zhǔn)確的測出彈簧振子的振動周期，改變振幅測量不同振幅下的振動周期，并進(jìn)行比較。（三）相位思考并討論相位的物理意義（四）簡諧運動的表達(dá)式1、寫出正弦函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式2、寫出表達(dá)簡諧振動位移隨時間變化的函數(shù)式3、指出式子中各對應(yīng)的物理量及各量的物理意義4、寫出式中的與T及f的關(guān)系三、反思總結(jié)四、當(dāng)堂檢測1、經(jīng)過一個周期，物體走的路程是幾倍的振幅？經(jīng)過半個周期，是否一定走2倍的振幅？1/4個周期，是否一定走一個振幅？2右圖中是甲乙兩彈簧振子的振動圖象

14、，兩振動振幅之比為_，頻率之比為_， 甲和乙的相差為_ 3、某簡諧運動的位移與時間關(guān)系為：x=0.1sin（100t ）cm, 由此可知該振動的振幅是_cm，頻率是 z，零時刻振動物體的速度與規(guī)定正方向_（填“相同”或“相反”). 4、有一個在光滑水平面內(nèi)的彈簧振子，第一次用力把彈簧壓縮x后釋放，第二次把彈簧壓縮2x后釋放，則先后兩次振動的周期和振幅之比分別為多少？5、彈簧振子以O(shè)點為平衡位置，在B、C兩點之間做簡諧振動，B、C相距20cm，某時刻振子處于B點，經(jīng)過0.5s，振子首次到達(dá)C點，求：（1）振子的周期和頻率 （2）振子在5s末的位移的大?。?）振子5s內(nèi)通過的路程課后練習(xí)與提高1.

15、關(guān)于振幅的各種說法，正確的是（ ）A. 振幅是振子離開平衡位置的最大距離B. 振幅大小表示振動能量的大小C. 振幅有時為正，有時為負(fù)D. 振幅大，振動物體的最大加速度也一定大2.振動的周期就是指振動物體（ ）A. 從任一位置出發(fā)又回到這個位置所用的時間B. 從一個最大偏移位置運動到另一個最大偏移位置所用的時間C. 從某一位置出發(fā)又以同一運動方向回到這個位置所用的時間D. 經(jīng)歷了兩個振幅的時間E. 經(jīng)達(dá)了四個振幅的時間3做簡諧運動的物體，當(dāng)物體的位移為負(fù)值時，下面說法正確的是 A速度一定為正值，加速度一定為負(fù)值B速度一定為負(fù)值，加速度一定為正值C速度不一定為正值，加速度一定為正值D速度不一定為負(fù)

16、值，加速度一定為正值4小球做簡諧運動，則下述說法正確的是 B小球的加速度大小與位移成正比，方向相反C小球的速度大小與位移成正比，方向相反D小球速度的大小與位移成正比，方向可能相同也可能相反5一質(zhì)點做簡諧運動的振動圖象如圖2所示，質(zhì)點在哪兩段時間內(nèi)的速度與加速度方向相同 A00.3s和0.30.6sB0.60.9s和0.91.2sC00.3s和0.91.2sOx1x2D0.30.6s和0.91.2s 6、tx兩個同周期簡諧振動曲線如圖所示x1的相位比x2的相位 (A) 落后p/2 (B) 超前p/2 (C) 落后p (D) 超前p7、已知某簡諧振動的振動曲線如圖所示，位移的單位為厘米，時間單位為秒則此簡諧振動的振動方程為： （A）(B) (C) (D) （E）.8、 一個作簡諧運動的質(zhì)點，先后以同樣大小的速度通過相距10cm的A、 B兩點，歷時0.5s(圖5-7)過B點后再經(jīng)過t=0.5s質(zhì)點以方向相反、大小相同的速度再次通過B點，