簡諧運(yùn)動的描述

1、簡諧運(yùn)動的描述教學(xué)設(shè)計【教材分析】本節(jié)內(nèi)容是在上一節(jié)了解了簡諧運(yùn)動的位移特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以彈簧振子運(yùn)動為例，學(xué)習(xí)描述振動特點(diǎn)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(yùn)動形式應(yīng)用不同的物理量描述，是本章的重點(diǎn)內(nèi)容。學(xué)生已具備一定的正余弦函數(shù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，在學(xué)習(xí)了交流電后對周期性的運(yùn)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。本設(shè)計力圖通過生活實(shí)例和物理實(shí)驗(yàn),展示相關(guān)情景，激發(fā)學(xué)生的求知欲，引出對簡諧運(yùn)動的探究,體現(xiàn)從“生活走向物理”的理念,通過建立物理模型,由淺入深進(jìn)行探究,讓學(xué)生領(lǐng)會科學(xué)的研究方法,并通過規(guī)

2、律應(yīng)用鞏固知識,體會物理規(guī)律對生活實(shí)踐的作用。【教學(xué)目的】知識與技能1、知道簡諧運(yùn)動的振幅、周期、頻率的含義和周期和頻率的關(guān)系；2、能準(zhǔn)確寫出簡諧運(yùn)動位移-時間圖像的表達(dá)式；3、知道振動物體的固有周期和固有頻率，并能正確理解與振幅無關(guān)。過程與方法通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，總結(jié)頻率與振幅無關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括能力；情感、態(tài)度與價值觀養(yǎng)成探究自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度，形成科學(xué)的價值觀。【教學(xué)重點(diǎn)】1、簡諧運(yùn)動的振幅、周期和頻率的概念；相位的物理意義。2、寫出表達(dá)簡諧振動位移隨時間變化的函數(shù)式?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】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(yùn)動的

3、快慢的理解；3、相位的物理意義。【教學(xué)器材】音叉、單擺、多媒體課件?！窘虒W(xué)過程】（一）引入新課在上一節(jié)課的學(xué)習(xí)中，我們知道了簡諧運(yùn)動，研究了彈簧振子的位移變化規(guī)律，并作出位移隨時間變化的圖像，用橫坐標(biāo)表示振子振動的時間，縱坐標(biāo)表示振子的位移，反映了振子的位移隨時間的變化規(guī)律。這個位移-時間圖像我們可以用一種巧妙地辦法來得到，大家來看下面的動畫。（用沙擺顯示簡諧運(yùn)動的圖像，播放動畫。）簡諧運(yùn)動是我們學(xué)習(xí)的有一個新的運(yùn)動形式，目前我們學(xué)過勻變速直線運(yùn)動，我們用位移、速度、加速度等物理量來描述；我們學(xué)過平拋運(yùn)動，我們分解水平和豎直兩個方向來研究；我們學(xué)過勻速圓周運(yùn)動我們用線速度、角速度、周期等物理量

4、來描述。那簡諧運(yùn)動也同樣需要一些物理量來描述，這就是我們今天要學(xué)習(xí)的內(nèi)容：簡諧運(yùn)動的描述（板書）。（二）教學(xué)過程設(shè)計1振幅演示：在氣墊導(dǎo)軌上將彈簧振子移到某一非平衡位置開始釋放，觀察彈簧振子的運(yùn)動。問題：彈簧振子運(yùn)動時總是在某一范圍內(nèi)振動，不會超過這個范圍，我們看到的彈簧振子運(yùn)動的最大范圍是多少？現(xiàn)象：在演示中的彈簧振子振動不超過6個單位。振動物體離開平衡位置的最大距離，叫做振動的振幅。在物理學(xué)中，我們用振幅來描述物體的振動強(qiáng)弱。（1）定義：振動物體離開平衡位置的最大距離，叫做振動的振幅。（2）物理意義：振幅是描述振動強(qiáng)弱的物理量。（3）單位：在國際單位制中，振幅的單位是米（m）o（4）振幅和

5、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全振動從0點(diǎn)開始，一次全振動的完整過程為：OtAtOtA'tO。從A點(diǎn)開始，一次全振動的完整過程為:AtOtA'tOtA。從A'點(diǎn)開始，一次全振動的完整過程為：AJOtAtOtA'。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

6、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(yùn)動的最小運(yùn)動單元，振子的運(yùn)動過程就是這一單元運(yùn)動的不斷重復(fù)。3. 周期和頻率為了描述簡諧運(yùn)動的快慢，引入了周期和頻率。 周期：做簡諧運(yùn)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：So 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=1s-1o 周期和頻率之間的關(guān)系：T=1/f問題：猜想彈簧振子的振動周期可能由哪些因素決定?演示：兩個不同的單擺（繩長不同，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

7、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、細(xì)繩的長度。演示：a. 敲響音叉，聲音越來越弱，但音調(diào)不變，說明振幅減小，頻率不變，周期不變。b. 繩長、質(zhì)量都相同的單擺，起始高度不同釋放，周期相同。通過上述實(shí)驗(yàn)，我們得到：彈簧振子的周期由振動系統(tǒng)本身決定，而與振幅無關(guān)。解釋：彈簧振子在一個周期內(nèi)的路程一定是4A，半個周期內(nèi)路程一定是2A,四分之一周期內(nèi)的路程不一定是A。4相位演示：（觀察和比較兩個擺長相等的單擺做簡諧運(yùn)動的情形）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(yùn)動?，F(xiàn)象：兩個簡諧運(yùn)動在同一方向同時達(dá)

8、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(yùn)動到平衡位置時再放開第二個，讓兩者相差周期，讓它們做簡諧運(yùn)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(diǎn)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(diǎn)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(yùn)動，只有周期（或頻率）和振幅是不夠的，在物

9、理學(xué)中我們用不同的相位來描述簡諧運(yùn)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(yùn)動在一個全振動中所處的階段。5簡諧運(yùn)動的表達(dá)式（1）簡諧運(yùn)動的振動方程既然簡諧運(yùn)動的位移和時間的關(guān)系可以用正弦曲線或余弦曲線來表示，那么若以x代表質(zhì)點(diǎn)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x=Asin（®t+申）公式中的A代表振動的振幅，w叫做圓頻率，它與頻率f之間的關(guān)系為：w=2nf；公式中的表示簡諧運(yùn)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(yùn)動的相位差兩個相同頻率的簡諧運(yùn)動的相位差，簡稱相差。+巴）一Ct+

10、9）=912一91-4-總結(jié)簡諧運(yùn)動的描述，觀看動畫，歸納x-t圖像的綜合應(yīng)用。三）課堂小結(jié)本節(jié)學(xué)習(xí)了描述簡諧振動特點(diǎn)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。掌握周期和頻率，并知道兩者的關(guān)系。能準(zhǔn)確寫出簡諧運(yùn)動的表達(dá)式，知道其中各量的物理含義。尤其強(qiáng)調(diào)簡諧運(yùn)動的對稱性。（四）當(dāng)堂檢測1.一個質(zhì)點(diǎn)作簡諧運(yùn)動的振動圖像如圖所示.從圖中可以看出，該質(zhì)點(diǎn)的振幅A=m，周期T:s,頻率f=Hz,從t=0開始在t=0.5s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的位移，路程=.2.寫出振動方程3.一個質(zhì)點(diǎn)在平衡位置0點(diǎn)附近做簡諧運(yùn)動，若從0點(diǎn)開始計時，經(jīng)過3s質(zhì)點(diǎn)第一次經(jīng)過M點(diǎn);若再繼續(xù)運(yùn)動,又經(jīng)過2s它第二次經(jīng)過M點(diǎn);則質(zhì)點(diǎn)第三次經(jīng)過M點(diǎn)所需要的時間是（）A.8sB.4sC.14sD.（10/3）s（五）板書設(shè)計§2.簡諧運(yùn)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