2024-2025學(xué)年高中物理第一章機(jī)械振動(dòng)1簡諧運(yùn)動(dòng)教案5教科版選修3-4

PAGE5-簡諧運(yùn)動(dòng)【教學(xué)目標(biāo)】 1.知道什么教機(jī)械振動(dòng)，什么叫平衡位置； 2.知道什么叫簡諧運(yùn)動(dòng)，知道簡諧運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律； 3.了解描述簡諧運(yùn)動(dòng)的物理量及意義，知道簡諧運(yùn)動(dòng)中的能量轉(zhuǎn)化狀況?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】 簡諧運(yùn)動(dòng)的過程【教學(xué)過程】 一、交變電流等周期性規(guī)律是普遍常見的，其實(shí)運(yùn)動(dòng)也有很多周期性改變的狀況。1.機(jī)械振動(dòng)是一種比較困難的運(yùn)動(dòng)，它是一種變加速運(yùn)動(dòng)。為了很好地理解這一運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，就要運(yùn)用以前學(xué)過的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的學(xué)問，加深對這一運(yùn)動(dòng)的理解。2.彈簧振子。先通過實(shí)例介紹振動(dòng)，在此基礎(chǔ)上演示幾個(gè)做簡諧振動(dòng)的試驗(yàn)：如懸掛的彈簧下吊一個(gè)重球的上下振動(dòng)，單擺、彈簧振子的教學(xué)儀器（如圖）。設(shè)備較好的學(xué)校還可以利用氣墊導(dǎo)軌模擬教科書上的彈簧振子，通過這些演示，使學(xué)生相識產(chǎn)生簡諧運(yùn)動(dòng)的條件和振動(dòng)的特點(diǎn)；引導(dǎo)學(xué)生視察振動(dòng)的周期與振幅的大小無關(guān)，在氣墊導(dǎo)軌的試驗(yàn)上可通過變換不同勁度系數(shù)的彈簧和振子的質(zhì)量的演示，視察彈簧振子的頻率是由振動(dòng)系統(tǒng)本身的性質(zhì)確定的，但不做定量分析。3.簡諧運(yùn)動(dòng)。在思索中引導(dǎo)學(xué)生視察機(jī)械振動(dòng)既不是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，又不是曲線運(yùn)動(dòng)。引導(dǎo)學(xué)生要對彈簧振子運(yùn)動(dòng)在不同位置的速度，加速度及受力狀況進(jìn)行分析，使學(xué)生相識到在探討這一特殊運(yùn)動(dòng)時(shí)，仍舊依據(jù)牛頓定律，從力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系去探討機(jī)械振動(dòng)的特點(diǎn)。所以探討本章內(nèi)容實(shí)質(zhì)還是對我們已駕馭的規(guī)律和方法的應(yīng)用。F=-kx二、簡諧運(yùn)動(dòng)的過程先分析m在O點(diǎn)、A點(diǎn)、B點(diǎn)上的位移（x）、回復(fù)力（F）、加速度(a)、速度（υ），可列表：位移x回復(fù)力F加速度a速度υ大小方向大小方向大小方向大小方向AOB在弄清各點(diǎn)的狀況后，你再把課本P130的表格填上。要弄清描述振動(dòng)的幾個(gè)物量量：速度、加速度、周期、頻率、振幅。在探討單擺時(shí)，你可以連看書，邊做試驗(yàn)，這樣不僅能加深對單擺的相識，而且可以提高你自己學(xué)習(xí)的實(shí)力。在探討單擺運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí)，你可以先做一個(gè)試驗(yàn)，用試驗(yàn)室演示簡諧運(yùn)動(dòng)的彈簧振子儀器，或用氣墊導(dǎo)軌組裝的彈簧振子。再制做一個(gè)單擺，先調(diào)整擺長，使單擺的擺的搖擺和彈簧振子的振動(dòng)步調(diào)一樣。使單擺的搖擺和彈簧振子的振動(dòng)兩平面平行，且二者正對，用光把振動(dòng)的投影到墻上，你會(huì)發(fā)覺兩個(gè)投影運(yùn)動(dòng)完全一樣，所以可證明單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)。駕馭好單擺的周期規(guī)律后，要做好單擺的試驗(yàn)，駕馭好測定重力加速度的這種重要方法。三、通過以下練習(xí)，把概念弄清。1.知道機(jī)械振動(dòng)的定義及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：例：機(jī)械振動(dòng)的特點(diǎn)是：(1)往復(fù)性；(2)方向性；(3)慣性；(4)周期性。分析：要抓住物體做機(jī)械振動(dòng)時(shí)是圍繞一個(gè)中心位置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)及往復(fù)運(yùn)動(dòng)的周期性。2.知道回復(fù)力是怎樣的力：例：回復(fù)力的作用是能使物體平衡位置，它是大小，方向的力（填不變或改變）。分析：回復(fù)力總是與振動(dòng)子偏離平衡位置的位移方向相反，它的作用能使振子返回平衡位置。答案：返回，改變，改變。3.知道什么是簡諧運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。例：簡諧運(yùn)動(dòng)是一種：(1)勻速運(yùn)動(dòng)；(2)變速運(yùn)動(dòng)；(3)勻加速運(yùn)動(dòng)；(4)變加速運(yùn)動(dòng)；(5)勻減速運(yùn)動(dòng)。分析：這要從簡諧運(yùn)動(dòng)物體受到的回復(fù)力的特點(diǎn)來進(jìn)行分析，F(xiàn)=－kx，回復(fù)力與位移成正比，是變力作用，因此簡諧運(yùn)動(dòng)是變速度運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然它的加速度也是與位移成正比，方向恒久指向平衡位置。加速度是變加速度。4.能從動(dòng)力學(xué)角度，說明簡諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，及回復(fù)力、位移、速度、加速度等量的改變規(guī)律。例：一個(gè)質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，則：(1)速度方向有時(shí)與位移方向相同，有時(shí)相反；(2)加速度方向有時(shí)與速度方向相同，有時(shí)相反；(3)回復(fù)力方向有時(shí)與速度相同，有時(shí)相反；(4)回復(fù)力方向有時(shí)與位移方向相同；有時(shí)相反。分析：可以結(jié)合課堂上試驗(yàn)去分析，質(zhì)點(diǎn)在最大位移處向平衡位置移動(dòng)時(shí)及質(zhì)點(diǎn)從平衡位置向最大位移處移動(dòng)時(shí)，位移如何變？回復(fù)力如何變？加速度如何變？速度如何變？答案：(1)、(2)、(3)5.能清晰地理解振幅的物理意義。例：振動(dòng)物體離開平衡位置的，叫做振動(dòng)的振幅，它是表示振動(dòng)的物理量。分析：這里要特殊留意只有是物體離開平衡位置的最大距離時(shí)才是振動(dòng)幅，振動(dòng)幅越大，說明振動(dòng)越劇烈。6.能清晰地理解周期、頻率的定義及物理意義。例：振動(dòng)的物體完成一次所需的時(shí)間，叫振動(dòng)的周期。周期和頻率都是表示振動(dòng)的物理量。它們之間的關(guān)系為f=。7.知道固有周期（頻率）的概念。例：物體的固有頻率是由振動(dòng)物體本身的確定的，而與的大小無關(guān)。8能依據(jù)周期（頻率）的定義和相互關(guān)系，進(jìn)行有關(guān)物理量的計(jì)算。例：兩個(gè)彈簧振子同時(shí)起先振動(dòng)，當(dāng)甲振動(dòng)子振動(dòng)45次時(shí)，乙剛好振動(dòng)40次。甲、乙兩振子的周期之比為。分析：同時(shí)起先振動(dòng)且甲振動(dòng)動(dòng)45次時(shí)，乙振動(dòng)40次，說明二者振動(dòng)的時(shí)間相同。甲周期為：乙周期為：。9.能在新的物理情景中敏捷應(yīng)用周期、頻率。例：甲、乙兩彈簧振子的周期比為1:3，振幅之比為2:5，則每秒路程之比為：(1)5:6；(2)3:10；(3)6:5；(4)10:3分析：彈簧振子在一個(gè)周期內(nèi)，完成的路程是四個(gè)振幅。答案：（3）。注：振動(dòng)周期大，說明它振動(dòng)的慢。四、駕馭好基礎(chǔ)學(xué)問，并且接合實(shí)際的物理情景，能敏捷運(yùn)用所學(xué)學(xué)問，這是我們建立物理思維的必要過程。例1：圖示一彈簧振子，其固有周期為T，把振子從平衡位置O拉到B點(diǎn)后由靜止釋放，OB距離為振幅A。彈簧振子振動(dòng)過程中，如以通過B點(diǎn)的時(shí)刻當(dāng)計(jì)時(shí)的起先時(shí)刻，問（1）在一個(gè)周期內(nèi)，哪段時(shí)間位移為正，哪段時(shí)間位移為負(fù)？（2）在t=時(shí)，振子的位移和速度怎樣？（3）在t=時(shí)振子的位移和速度怎樣？（4）振子完成一次全振動(dòng)的路程是多少？為了分析這一問題，必需弄清彈簧振子是如何運(yùn)動(dòng)的？運(yùn)動(dòng)的周期、位移是怎樣的？振子在振動(dòng)過程中的位移，指的是振子離平衡位置的位移，而不是指任兩時(shí)刻間的位移。振子在某時(shí)刻的位移是有確定的大小和方向的。但原委是正還是負(fù)，這要依據(jù)所規(guī)定的正方一直確定。分析：（1）先規(guī)定正方向：沿OB向右為正。然后看起始位置。從通過B的時(shí)刻計(jì)時(shí)。即釋放瞬間為0時(shí)刻，此時(shí)，雖然振子從起先向左運(yùn)動(dòng)到平衡位置，但這一過程的位移都是從平衡位置指向右因此為正。過了平衡位置，振子仍舊向左運(yùn)動(dòng)，但位移都是從平衡位置指向左，因此為負(fù)。即0—T/4時(shí)間內(nèi)，位移為正，T/4—T/2時(shí)間內(nèi)，位移為負(fù)。你按這種探討法，確定一下T/2—T這半個(gè)周期內(nèi)，位移的正負(fù)是如何改變的？（2）在T/4時(shí)，振子回到平衡位置，位移為0，但速度最大，方向向左。（3）在T/2時(shí)，振子到C點(diǎn)，位移x=－A，位移大小等于振幅，方向向左，速度為零。（4）振子完成一次全振動(dòng)通過的路程式為4A。例2：甲、乙兩個(gè)彈簧振子，甲完成12次全振動(dòng)過程中，乙恰好完成8次全振動(dòng)，求甲、乙的振動(dòng)周期比和甲、乙振動(dòng)頻率之比。這里要弄清什么是周期？什么是頻率？周期和頻率的關(guān)系。完成一次全振動(dòng)所用的時(shí)間，就是振動(dòng)的周期。若甲完成12次全振動(dòng)用時(shí)為t。則可知甲的周期為T甲=；T2=∴，f=∴=3/2【課堂練習(xí)】1.甲、乙兩個(gè)單擺，甲擺長度為乙擺的4倍，乙擺的質(zhì)量是甲擺的2倍，那么在甲擺搖擺5次的時(shí)間里，乙擺搖擺次。2.如圖所示，彈簧振子以O(shè)點(diǎn)為平衡位置，在彈性限度內(nèi)，于B、C間作簡諧運(yùn)動(dòng)，若BC兩點(diǎn)間距為20厘米，振動(dòng)頻率為0