2019-2020年高中物理 11《簡諧運(yùn)動》教學(xué)設(shè)計(jì) 教科版選修3-4.doc
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2019-2020年高中物理 11《簡諧運(yùn)動》教學(xué)設(shè)計(jì) 教科版選修3-4 【教學(xué)目標(biāo)】: 1.認(rèn)識機(jī)械振動; 2.認(rèn)識彈簧振子,能分析彈簧振子運(yùn)動過程中各物理量的變化。 3.通過對彈簧振子的研究,了解回復(fù)力和簡諧運(yùn)動的概念。 4.了解描述簡諧運(yùn)動特征的物理量:振幅、周期、頻率。 【教學(xué)重點(diǎn)】: 研究彈簧振子并分析彈簧振子的振動過程。 【教學(xué)難點(diǎn)】: 分析彈簧振子運(yùn)動過程中各物理量的變化規(guī)律。 【教學(xué)流程】: 新課引入,生活中的機(jī)械振動(平衡位置)——彈簧振子——研究彈簧振子的運(yùn)動過程——簡諧運(yùn)動及其特征的描述——總結(jié) 【教學(xué)過程】: 一、 機(jī)械振動 1.機(jī)械振動及特點(diǎn) 我們在生活中常提到一詞“振動”,這樣一種運(yùn)動形式在生活中很常見,請列舉你所知道的“振動”。 (鐘擺、樹梢在微風(fēng)中搖擺、蕩秋千、挑著物體行走時扁擔(dān)顫動、撥動琴弦后琴弦振動、水中浮標(biāo)上下浮動、地震、手機(jī)振動……) 演示實(shí)驗(yàn),掛在彈簧中間的物塊,左右做往復(fù)運(yùn)動。 提問:根據(jù)前面列舉的例子、演示的實(shí)驗(yàn),振動這樣一種運(yùn)動形式有什么樣的特點(diǎn)呢? (在某一位置周圍往復(fù)運(yùn)動,有一個“中心位置”,往復(fù)運(yùn)動意味著具有“周期性”特點(diǎn)) 我們把具有這樣特點(diǎn)的運(yùn)動(在某一中心位置兩側(cè)做往復(fù)運(yùn)動)叫做機(jī)械振動,也通常簡稱“振動”。我們今天開始學(xué)習(xí)的新的一章,就主要研究機(jī)械振動這種運(yùn)動形式的特點(diǎn)。 這些特點(diǎn)給我們后面的研究一些啟示:(1)“中心位置”很重要;(2)我們研究一次完整的運(yùn)動情況就可以推測之后的運(yùn)動情況。 2.平衡位置 首先來看“中心位置”,在振動過程中,物體以這個特殊位置為中心做往復(fù)運(yùn)動,那這個位置到底如何確定呢? 請?jiān)倏囱菔緦?shí)驗(yàn),如果物塊不振動,它會靜止在中間。只有讓物塊離開原來的位置并且釋放,物塊才開始振動。而振動開始后,物塊做往復(fù)運(yùn)動的中心位置就是靜止時的位置。我們把這個位置叫做“平衡位置”,它是物體振動時做往復(fù)運(yùn)動的中心位置,也是物體停止振動時所在的位置。 二、彈簧振子 現(xiàn)在我們來研究這種往復(fù)運(yùn)動的特點(diǎn)。生活中的振動往往很復(fù)雜,我們現(xiàn)在尋找一個很簡單的模型來研究。光滑的水平桿上套著一個小球,彈簧一端固定,另一端連接在小球上,小球在桿上滑動,小球和水平桿之間的摩擦忽略不計(jì),彈簧質(zhì)量忽略不計(jì)。這樣的系統(tǒng)稱為彈簧振子。在這樣的系統(tǒng)中,彈簧質(zhì)量不計(jì),可以只研究小球的運(yùn)動,小球常稱為振子。小球受力分析,豎直方向重力和支持力平衡,水平方向上只受彈簧彈力。不一定要用桿,只需要讓豎直方向上重力和支持力平衡,水平只受彈簧彈力即可,也可以放置在光滑水平面上。 課堂上無法演示彈簧振子裝置,因?yàn)樾∏蚝退綏U的摩擦較大,無法忽略。視頻演示,氣墊導(dǎo)軌上彈簧振子裝置。 振子靜止時處于平衡位置O點(diǎn),彈簧沒有發(fā)生形變,長度為原長。把振子拉伸(或壓縮)到某一位置釋放,振子開始振動。注意觀察彈簧拉伸和壓縮的最大位置,還有運(yùn)動在時間上有什么特點(diǎn)。 播放視頻,觀察到OA=OA’。 用flash演示彈簧振子運(yùn)動模型,反復(fù)觀看。 請學(xué)生討論,能夠觀察到哪些運(yùn)動特點(diǎn)? (強(qiáng)調(diào)對振子運(yùn)動對稱性的體驗(yàn)) 三、 研究彈簧振子的運(yùn)動過程 深入地研究振子的運(yùn)動情況,需要關(guān)注描述振子運(yùn)動的物理量:位移、速度、加速度、能量。描述時注意位移、速度、加速度都是矢量,不僅關(guān)注大小,還需要關(guān)注方向。 為了便于描述,建立一個一維坐標(biāo)系,(學(xué)生回答:以平衡位置O點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),建立Ox坐標(biāo)軸,)向右為x軸正方向。振子在任何時刻相對于O點(diǎn)的距離,可以用x來表示。規(guī)定了正方向,其它物理量的方向也能方便地表達(dá)。 振動具有周期性的特點(diǎn),因此我們只需要研究一次完整的振動,例如振子從A點(diǎn)經(jīng)O點(diǎn)到達(dá)A’點(diǎn)后再經(jīng)O點(diǎn)返回到A’的一次完整的振動過程。引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)A點(diǎn)、O點(diǎn)和A’點(diǎn)都是特殊的位置,可以研究振子在這幾點(diǎn)時狀態(tài),以及振子在各點(diǎn)之間運(yùn)動的特點(diǎn)。 示范分析振子在A點(diǎn)時的運(yùn)動狀態(tài):在A點(diǎn)時,位移的方向是正的,位移大小達(dá)到最大值;速度大小為零,因?yàn)锳點(diǎn)是振子向右運(yùn)動的最遠(yuǎn)點(diǎn);加速度不能直接觀察得出來,但是可以根據(jù)振子的受力分析和牛二定律得到。振子在水平方向上只受彈簧彈力,在A點(diǎn)時彈簧對振子的彈力方向是負(fù)的,彈簧伸長到最大程度,對振子的彈力最大,因此加速度沿著x軸負(fù)方向,大小達(dá)到最大值。 從A點(diǎn)到O點(diǎn)的運(yùn)動與O點(diǎn)到A’點(diǎn)的運(yùn)動不同,分別分析。帶領(lǐng)學(xué)生分析振子從A點(diǎn)到O點(diǎn)過程中位移、速度、加速度的變化。位移沿x軸正向,大小逐漸減小;速度沿x軸負(fù)方向,逐漸增大;根據(jù)彈簧彈力變化得到加速度沿x軸負(fù)方向,逐漸減小。請學(xué)生自己分析討論O點(diǎn)、A點(diǎn)時狀態(tài)及剩下幾段運(yùn)動過程位移、速度、加速度的變化。 總結(jié)在整個過程中位移、速度、加速度的變化,給Flash演示。 再從能量的角度描述彈簧振子的這個運(yùn)動過程,系統(tǒng)具有機(jī)械能,包括動能和彈性勢能。請學(xué)生簡單分析運(yùn)動過程中能量的變化。 給出總結(jié)的表格,并引導(dǎo)學(xué)生體會彈簧振子振動過程中的對稱性。 四、 簡諧運(yùn)動 1. 回復(fù)力與簡諧運(yùn)動的定義 前面研究了彈簧振子的運(yùn)動特點(diǎn),是單純從運(yùn)動學(xué)的角度去進(jìn)行描述。那么彈簧振子為什么能做往復(fù)運(yùn)動呢?在彈簧彈力的作用下運(yùn)動。在彈簧振子模型中,彈簧彈力有什么特點(diǎn)能保持振子一直在平衡位置兩側(cè)振動呢?引導(dǎo)學(xué)生分析,當(dāng)振子偏離平衡位置時,彈力總是與位移方向相反,總是指向平衡位置。正是因?yàn)橛幸粋€這樣的力,物體一旦偏離平衡位置就會努力想把它拉回來,所以振動的物體總能在平衡位置周圍做往復(fù)運(yùn)動。我們把這樣的力叫做回復(fù)力?;貜?fù)力是一個按效果命名的力。 在彈簧振子模型中,彈簧彈力遵循胡克定律,F(xiàn)=-kx,這個回復(fù)力還有一個特點(diǎn),力的大小與位移大小成正比。我們把這樣回復(fù)力與位移成線性關(guān)系的振動叫做簡諧運(yùn)動。彈簧振子的運(yùn)動就是一個簡諧運(yùn)動的模型。簡諧運(yùn)動是最簡單、最基本的振動,一切復(fù)雜的振動都是可以看成若干簡諧運(yùn)動的疊加。 課件展示其它簡諧運(yùn)動的實(shí)例:鐘擺的運(yùn)動、豎直彈簧振子運(yùn)動等。 2.簡諧運(yùn)動特征的描述 前面研究彈簧振子的運(yùn)動,關(guān)注了每個時刻振子的運(yùn)動狀態(tài)。而對于整個振動過程的特點(diǎn),例如振動的幅度、快慢等,還需要物理量來描述。 振動物體離開平衡位置的最大距離,成為振動的振幅,它表示振動的強(qiáng)弱。從能量的角度看,振幅也是表現(xiàn)能量大小的物理量。 振動的快慢用周期和頻率來描述。振子每完成一次全振動所用的時間都是相同的,這個時間叫做周期T。單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù)叫做頻率,用f表示,有f=1/T。注意一次全振動的概念。前面舉例的由A點(diǎn)經(jīng)O到A’點(diǎn),又由A’經(jīng)O回到A點(diǎn)叫一次全振動。選擇其它位置開始計(jì)時,經(jīng)過振動又一次回到這一點(diǎn)也叫一次全振動。兩種選擇相位不同而已。 五、 總結(jié) 本節(jié)課研究機(jī)械振動,介紹了彈簧振子這種簡單的振動模型,并研究它的運(yùn)動特點(diǎn)。通過對彈簧振子的研究,介紹了最簡單最基本的振動——簡諧運(yùn)動。- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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