2023學(xué)年完整公開課版簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)

·課件編輯說明·高中物理選擇性必修第一冊(cè)RJ單元設(shè)計(jì)一、課程標(biāo)準(zhǔn)的要求1.通過實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征.能用公式和圖像描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).2.通過實(shí)驗(yàn),探究單擺的周期與擺長(zhǎng)之間的定量關(guān)系.知道單擺周期與擺長(zhǎng)、重力加速度的關(guān)系.會(huì)用單擺測(cè)量重力加速度的大小.3.通過實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)受迫振動(dòng)的特點(diǎn).了解產(chǎn)生共振的條件及其應(yīng)用.單元設(shè)計(jì)二、本章教材概述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的一種形式,通過本章的學(xué)習(xí),要使學(xué)生對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)更加全面和深入.以加速度來對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分類:學(xué)生在初中只了解勻速直線運(yùn)動(dòng),這是一種加速度為0的運(yùn)動(dòng);在高中物理必修第一冊(cè)模塊中,學(xué)生學(xué)習(xí)勻變速直線運(yùn)動(dòng),這是具有恒定加速度的運(yùn)動(dòng),而且加速度方向和初速度方向在同一直線上;在高中物理必修第二冊(cè)模塊中,學(xué)生學(xué)習(xí)了拋體運(yùn)動(dòng),這也是具有恒定加速度的運(yùn)動(dòng),但加速度方向和初速度方向不在同一直線上;單元設(shè)計(jì)還學(xué)習(xí)了勻速圓周運(yùn)動(dòng),這是一種加速度發(fā)生變化的運(yùn)動(dòng),但加速度大小不變,只是方向變化;本章所要學(xué)習(xí)的機(jī)械振動(dòng),是加速度大小和方向都發(fā)生變化的運(yùn)動(dòng).通過對(duì)本章的學(xué)習(xí),學(xué)生不僅拓展了對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí),而且進(jìn)一步掌握了繪制位移—時(shí)間圖像或速度—時(shí)間圖像的方法,以及如何通過分析圖像獲得物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.單元設(shè)計(jì)在本章學(xué)習(xí)前,學(xué)生已對(duì)力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系、做功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系、機(jī)械能守恒定律、沖量與動(dòng)量等基本理論進(jìn)行了較為系統(tǒng)的學(xué)習(xí),所以,在本章的學(xué)習(xí)中,學(xué)生可以綜合應(yīng)用這些理論對(duì)彈簧振子及單擺運(yùn)動(dòng)過程中的受力特點(diǎn)和能量特點(diǎn)進(jìn)行分析,進(jìn)一步加深對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和機(jī)械能的理解.本章共6節(jié).第1節(jié)通過對(duì)彈簧振子位移隨時(shí)間變化規(guī)律的探究,發(fā)現(xiàn)位移—時(shí)間圖像與正(余)弦函數(shù)圖像吻合,從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度明確什么是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng);第2節(jié)根據(jù)正(余)弦函數(shù)的一般表達(dá)式得到簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)位移隨時(shí)間變化規(guī)律的函數(shù)表達(dá)式,結(jié)合彈簧振子模型的特點(diǎn),引入描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的三個(gè)物理量(振幅、周期、相位);單元設(shè)計(jì)第3節(jié)通過對(duì)彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過程中受力變化規(guī)律的分析,得到簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中物體的受力特點(diǎn),并介紹簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能、勢(shì)能、機(jī)械能的變化規(guī)律;第4節(jié)從動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)兩個(gè)角度分析單擺的擺動(dòng),根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征分析單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件,在“影響單擺周期的因素"及“探究單擺周期與擺長(zhǎng)之間的關(guān)系”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,給出單擺的周期公式;第5節(jié)根據(jù)單擺周期公式測(cè)量重力加速度;第6節(jié)介紹受迫振動(dòng)和共振.本章要在學(xué)生原有質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)相關(guān)概念的基礎(chǔ)上,由基本概念的定義到基本規(guī)律的討論,由理想情況到實(shí)際情況,由固有振動(dòng)到有外力作用下的振動(dòng),漸漸深入,逐步拓展.單元設(shè)計(jì)【課時(shí)安排建議】第1節(jié)

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)1課時(shí)第2節(jié)

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述2課時(shí)第3節(jié)

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量1課時(shí)第4節(jié)

單擺1課時(shí)第5節(jié)

實(shí)驗(yàn):用單擺測(cè)量重力加速度1課時(shí)第6節(jié)

受迫振動(dòng)

共振1課時(shí)1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)1.通過實(shí)驗(yàn)觀察,認(rèn)識(shí)機(jī)械振動(dòng),會(huì)運(yùn)用理想化方法建構(gòu)彈簧振子模型.2.通過觀察、分析和推理,證明彈簧振子的位移—時(shí)間圖像是正弦曲線,會(huì)用圖像描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).3.通過探究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律的過程,能分析數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)特點(diǎn)、形成結(jié)論.本節(jié)在節(jié)前“問題”中列舉了多個(gè)實(shí)例,通過讓學(xué)生歸納共同點(diǎn)來引出機(jī)械振動(dòng)的概念;而后從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度認(rèn)識(shí)彈簧振子,通過實(shí)驗(yàn)得出彈簧振子的位移—時(shí)間圖像;再通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)彈簧振子的位移—時(shí)間圖像是正弦曲線.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征分別進(jìn)行定義,本節(jié)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)特征給出了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的定義,本節(jié)的重點(diǎn)是形成簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的概念和認(rèn)識(shí)它的位移—時(shí)間圖像,難點(diǎn)是彈簧振子理想化模型的建構(gòu)和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)位移與時(shí)間函數(shù)關(guān)系的得出.新課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平

1.知道什么是彈簧振子,知道振子的平衡位置和位移的概念

2.知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移—時(shí)間圖像的物理意義,知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移—時(shí)間圖像是一條正弦或余弦曲線

3.會(huì)根據(jù)圖像分析振子的位移變化情況

1.能用恰當(dāng)?shù)奈锢砹棵枋龊?jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)

2.能根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中的振動(dòng)或擺動(dòng)建構(gòu)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型

3.能用公式和圖像描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)任務(wù)一:彈簧振子[物理觀念]

如圖2-1-1所示,彈簧振子振動(dòng)過程中的彈力方向、位移方向、加速度方向和速度方向有何規(guī)律?完成表中填空.圖2-1-1振動(dòng)的過程彈力方向位移方向從平衡位置運(yùn)動(dòng)到最大位移處過程中

①?gòu)椈蓪?duì)振子的彈力方向與位移方向

②加速度方向與彈力方向相同,與位移方向

③速度方向與位移方向

指向平衡位置由平衡位置指向振子所在的位置相反相反相同學(xué)習(xí)任務(wù)一:彈簧振子圖2-1-1振動(dòng)的過程彈力方向位移方向從最大位移處運(yùn)動(dòng)到平衡位置過程中指向平衡位置

由平衡位置指向振子所在的位置

①?gòu)椈蓪?duì)振子的彈力方向與位移方向

②加速度方向與彈力方向相同,與位移方向

③速度方向與位移方向

相反相反相反例1關(guān)于水平放置的彈簧振子的運(yùn)動(dòng),下列說法正確的是 (

)A.若位移為負(fù)值,則速度一定為正值,加速度也一定為正值B.振子通過平衡位置時(shí),速度為零,加速度最大C.振子每次通過平衡位置時(shí),加速度相同,速度也一定相同D.振子每次通過同一位置時(shí),其速度不一定相同,但加速度一定相同學(xué)習(xí)任務(wù)一:彈簧振子D[解析]

彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí),加速度方向與位移方向總是相反,若位移為負(fù)值,加速度一定為正值,而速度可能為正值,也可能為負(fù)值,故A錯(cuò)誤.振子通過平衡位置時(shí),速度最大,加速度為零,故B錯(cuò)誤.例1關(guān)于水平放置的彈簧振子的運(yùn)動(dòng),下列說法正確的是 (

)A.若位移為負(fù)值,則速度一定為正值,加速度也一定為正值B.振子通過平衡位置時(shí),速度為零,加速度最大C.振子每次通過平衡位置時(shí),加速度相同,速度也一定相同D.振子每次通過同一位置時(shí),其速度不一定相同,但加速度一定相同學(xué)習(xí)任務(wù)一:彈簧振子D振子每次通過平衡位置時(shí),加速度相同,由于速度有兩種方向,所以速度可能相同,也可能不同,故C錯(cuò)誤.振子每次通過同一位置時(shí),其速度不一定相同,回復(fù)力相同,加速度一定相同,故D正確.變式

彈簧振子在光滑水平面上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),在振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)的過程中 (

)A.振子所受的彈力逐漸增大

B.振子的位移逐漸增大C.振子的速度逐漸減小

D.振子的加速度逐漸減小學(xué)習(xí)任務(wù)一:彈簧振子D[解析]

振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí),位移逐漸減小,而彈力與位移成正比,故彈簧彈力減小,由牛頓第二定律知,加速度也減小,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,D正確;振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí),彈力與速度方向一致,故振子的速度逐漸增大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.1.彈簧振子是一種理想化的物理模型,其運(yùn)動(dòng)是加速度變化的加速運(yùn)動(dòng).2.振動(dòng)物體通過同一位置,其位移和加速度的方向是一定的,而速度方向卻有兩種可能.3.振子遠(yuǎn)離平衡位置,加速度(合力)與速度方向相反;振子靠近平衡位置,加速度(合力)與速度方向相同.學(xué)習(xí)任務(wù)一:彈簧振子[教材鏈接]

閱讀教材第33~34頁(yè),填寫簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的定義:如果物體的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從

的規(guī)律,即它的振動(dòng)圖像(x-t圖像)是一條

曲線,這樣的振動(dòng)是一種簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).

(2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本的機(jī)械振動(dòng).彈簧振子的振動(dòng)過程關(guān)于平衡位置對(duì)稱,是一種往復(fù)運(yùn)動(dòng),就是

運(yùn)動(dòng).

正弦函數(shù)正弦簡(jiǎn)諧學(xué)習(xí)任務(wù)二:簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移—時(shí)間圖像例2

某質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖像如圖2-1-2所示,根據(jù)圖像中的信息,回答下列問題:(1)質(zhì)點(diǎn)在第1.5s末的位移為多少?(2)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)過程中的最大位移為多少?(3)在前2s內(nèi),質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過的路程為多少?學(xué)習(xí)任務(wù)二:簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移—時(shí)間圖像圖2-1-2[答案](1)-5cm

(2)5cm

(3)20cm[解析](1)

由圖像可知,1.5s末質(zhì)點(diǎn)的位移為-5cm.(2)

前2s內(nèi),在0.5s末和1.5s末位移最大,大小為5cm.(3)

前2s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)先在正方向上運(yùn)動(dòng)了一個(gè)來回,共走了10cm,又在負(fù)方向上運(yùn)動(dòng)了一個(gè)來回,也走了10cm,故總路程為20cm.變式1(多選)彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),振動(dòng)圖像如圖2-1-3所示,則下列說法正確的是 (

)A.t1、t2時(shí)刻振子的速度大小相等,方向相反B.t1、t2時(shí)刻振子的位移大小相等,方向相反C.t2、t3時(shí)刻振子的速度大小相等,方向相反D.t2、t4時(shí)刻振子的位移大小相等,方向相反AD學(xué)習(xí)任務(wù)二:簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移—時(shí)間圖像圖2-1-3[解析]

從圖像可以看出,t1、t2時(shí)刻振子位于同一位置,位移大小相等,方向相同,但速度大小相等,方向相反,A正確,B錯(cuò)誤;t2、t3時(shí)刻振子位移大小相等,方向相反,但速度大小相等,方向相同,C錯(cuò)誤;t2、t4時(shí)刻振子分別位于平衡位置兩側(cè)且對(duì)稱,位移大小相等,方向相反,D正確.學(xué)習(xí)任務(wù)二:簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移—時(shí)間圖像圖2-1-3

A學(xué)習(xí)任務(wù)二:簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移—時(shí)間圖像圖2-1-4

學(xué)習(xí)任務(wù)二:簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移—時(shí)間圖像圖2-1-41.從簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖像可以確定任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移大小和方向、任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向、任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的加速度的方向.2.位移—時(shí)間圖像反映了振子位移隨時(shí)間變化的規(guī)律,它不是振子的運(yùn)動(dòng)軌跡.3.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖像(x-t圖像)是正弦曲線.學(xué)習(xí)任務(wù)二:簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移—時(shí)間圖像1.如圖所示,輕質(zhì)彈簧一端固定在地面上,另一端與一薄板連接,薄板的質(zhì)量不計(jì),板上放一重物.用手將重物往下壓,然后突然將手撤去,則重物被彈離之前的運(yùn)動(dòng)情況是(

)A.加速度一直增大B.加速度一直減小C.加速度先減小后增大D.加速度先增大后減小C[解析]

豎直方向的彈簧振子的振動(dòng)也是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),但它的平衡位置在重力與彈力大小相等的位置,在平衡位置時(shí)加速度為零.因此從平衡位置將彈簧壓縮以后放手,重物的加速度先減小,到達(dá)平衡位置以后加速度再增大,故C正確.

C

3.裝有沙粒的試管豎直靜立于水面,如圖所示,將管豎直提起少許,然后由靜止釋放并開始計(jì)時(shí),在一定時(shí)間內(nèi)試管在豎直方向近似做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).若取豎直向上為正方向,則描述試管振動(dòng)的圖像中可能正確的是下圖中的(

)D[解析]

試管在豎直方向上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),平衡位置是重力與浮力大小相等的位置,開始時(shí)向上提起的距離就是其偏離平衡位置的位移,為正向最大位移,故D正確.4.如圖所示是某質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像,根據(jù)圖像中的信息,回答下列問題:(1)質(zhì)點(diǎn)在第3s末的位移是多少?質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)過程中的最大位移為多少?[答案]

-10cm

10cm

[解析]由x-t圖像可以讀出3s末質(zhì)點(diǎn)的位移為-10cm,振動(dòng)過程中的最大位移為10cm.4.如圖所示是某質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像,根據(jù)圖像中的信息,回答下列問題:(2)前4s內(nèi),質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過的路程為多少?[答案]40cm[解析]在前4s內(nèi),質(zhì)點(diǎn)先沿正方向由平衡位置運(yùn)動(dòng)了10cm到達(dá)正向最大位移處,又沿負(fù)方向運(yùn)動(dòng)了20cm到達(dá)負(fù)向最大位移處,然后又沿正方向運(yùn)動(dòng)了10cm回到平衡位置,故總路程為40cm.1.(對(duì)機(jī)械振動(dòng)的理解)關(guān)于機(jī)械振動(dòng)的位移和平衡位置,以下說法中正確的是 (

)A.平衡位置就是物體振動(dòng)范圍的中心位置B.機(jī)械振動(dòng)的位移總是以平衡位置為起點(diǎn)的位移C.做機(jī)械振動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)的路程越大,發(fā)生的位移也越大D.機(jī)械振動(dòng)的位移是指振動(dòng)物體偏離平衡位置最遠(yuǎn)時(shí)的位移B[解析]

平衡位置是物體原來靜止時(shí)的位置,所以應(yīng)與受力有關(guān),不一定為振動(dòng)范圍的中心位置,A錯(cuò)誤;機(jī)械振動(dòng)的位移是以平衡位置為起點(diǎn)指向物體所在位置的有向線段,位移隨時(shí)間而變化,振動(dòng)物體偏離平衡位置最遠(yuǎn)時(shí),發(fā)生的位移最大,B正確,C、D錯(cuò)誤.2.(彈簧振子)如圖2-1-5所示,彈簧振子在B、C之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),當(dāng)振子位于O點(diǎn)時(shí),彈簧處于原長(zhǎng).在振子從C運(yùn)動(dòng)到O的過程中 (

)A.振子的速度不斷增大,加速度不斷增大B.彈簧的形變不斷增大,振子的加速度不斷增大C.振子的速度不斷增大,加速度不斷減小D.彈簧的形變不斷增大,振子的加速度不斷減小C圖