2019-2020年高二物理 (人教大綱版)第二冊 第九章 機械振動 二、振幅、周期和頻率(第一課時).doc
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2019-2020年高二物理 (人教大綱版)第二冊 第九章 機械振動 二、振幅、周期和頻率(第一課時) 從容說課 本節(jié)課講述描述簡諧運動的振幅、周期和頻率等幾個物理量.它是上節(jié)課對簡諧運動研究的延續(xù),在上節(jié)課的基礎上引進振幅用來直接反映簡諧運動中的最大位移,間接反映簡諧運動的能量,引進周期和頻率用來反映簡諧振動重復運動的快慢.只有切實理解了本節(jié)所學的幾個物理量,才能更好地、更全面地反映出簡諧運動的運動特征.尤其對以后的學習會起到很重要的作用.例如:對交變電流、電磁振蕩等知識的學習. 結合本節(jié)內(nèi)容的特點,對本節(jié)教學的目標定位于: 1.知道周期、振幅、頻率三個物理量的定義,并理解其物理意義. 2.理解周期與頻率的關系,并能對二者進行換算. 3.知道物體振動固有周期和固有頻率. 本節(jié)課的教學重點在于對周期、頻率、振幅的認識和理解. 本節(jié)課的教學難點是理解振幅與簡諧運動能量的定性關系.以及振幅與位移的區(qū)別. 為了突出重點、突破難點。使學生能更好地接受知識,本節(jié)課采用先學后教、實驗演示、討論總結等方法。以加深學生的理解,同時采用多媒體輔助教學,以激發(fā)學生的學習興趣,達到圓滿完成教學任務的目的. 本節(jié)課的教學順序確定如下: 復習提問→新課導人→指導自學→歸納總結→強化練習→小結. 一、知識目標 _ 1.知道描述簡諧運動的周期、振幅、頻率三個物理量. 2.理解周期與頻率的關系,并能進行兩者間的換算. 3.了解物體振動的固有周期和固有頻率. 二、能力目標 1.培養(yǎng)學生對知識的歸納、總結能力. 2.提高學生對實驗的觀察、分析能力. 三、德育目標 通過對簡諧運動周期性的學習,使學生理解社會新舊更替.螺旋前進的道理。 教學重點 對簡諧運動周期、頻率、振幅的認識和理解. 教學難點 1.理解振幅間接反映振動能量的理論依據(jù). 2.區(qū)分振幅與位移兩個物理量. 教學方法 指導性自學、實驗演示、多媒體輔助相結合的綜合教學法. 教學用具 投影片、彈簧振子、秒表、CAI課件 課時安排 l課時 教學過程 一、新課導入 1.復習提問 ①什么叫機械振動? ②什么叫簡諧運動? 2.導人 通過上節(jié)的學習,我們知道了什么是簡諧運動,但如何對簡諧運動來進行定性的描述和定量的計算呢?這就需要我們引進一些能反映簡諧運動特性的物理量——周期、頻率和振幅,本節(jié)我們就共同來學習這些物理量. 二、新課教學 (一)振幅、周期和頻率. 基礎知識 請學生閱讀課文第一部分,同時思考下列問題: [投影片出示] 1.什么叫振幅?其物理意義是什么?單位又是什么?用什么符號表示? 2.什么叫周期?其物理意義是什么?單位又是什么?用什么符號表示? 3.什么叫頻率?其物理意義是什么?單位又是什么?用什么符號表示? 學生閱讀后,得出以上問題的結論: 1.a.振動物體離開平衡位置的最大位移叫振幅. b.振幅用來反映振動物體振動的強弱. c.振幅的單位是:米(m). d.振幅的符號是:A. 2.a.做簡諧運動的物體完成一次全振動所需要的時間叫周期. b.周期是用來反映物體振動快慢的物理量. c.周期的單位是:秒(s). d.周期常用符號:T. 3.a.做簡諧運動的物體,在單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù)叫頻率. b.頻率是用來反映物體振動快慢的物理量. c.頻率的單位是:赫茲(Hz). d.頻率的常用符號:f. 深入探究 請同學們結合前面所學,考慮以下問題: [投影出示] 1.振幅與位移有何區(qū)別,有何聯(lián)系? 2.周期與頻率有何區(qū)別,有何聯(lián)系? 3.試以彈簧振子為例描述一次全振動. 學生經(jīng)過思考、討論、歸納總結后得出上述問題的結論: 1.振幅與位移的區(qū)別: a.物理意義不同.振幅是用來反映振動強弱的物理量;位移是用來反映位置變化的物理量. b.矢量性不同.振幅是一標量,只有大小,沒有方向;位移是一矢量,既有大小又有方向. 振幅與位移的相同點: a.都是反映長度的物理量.振幅是偏離平衡位置的最大距離;位移是偏離平衡位置的距離.其單位都是長度單位. b.位移的最大值就是振幅. 2.周期與頻率的區(qū)別: a.物理意義不同.周期是完成一次全振動所需要的時間;頻率是單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù). b.單位不同.周期的國際單位是秒;頻率的國際單位是赫茲. 周期與頻率的聯(lián)系: a.都是用來反映振動快慢的物理量.周期越大,振動得越慢;頻率越大,振動得越快. b.周期與頻率互成倒數(shù)關系.即:T=. ①O→A→O→A′→O ②A→O→ A′→O→A ③A′→O→A→O→A′ ④O→A′→O→A→O 教師總結 通過上面的學習,我們對描述簡諧運動的三個物理量:振幅、周期、頻率,已有了一定的認識.下面我們簡單應用一下. 基礎知識應用 1.彈簧振子在B、C間做簡諧運動,O為平衡位置,BC間距離為10 cm,B→C運動時間為1 s,如圖所示.則 ( ) A.從O→C→O振子做了一次全振動 B.振動周期為1s,振幅是10cm C.經(jīng)過兩次全振動.通過的路程是 20cm D.從B開始經(jīng)3s,振子通過路程是30cm 2.一個彈簧振子.第一次把彈簧壓縮x后開始振動.第二次把彈簧壓縮2x后開始振動,則兩次振動的周期之比和最大加速度的大小之比為( ) A.1:2,1:2 B.1:1,1:1 C.1:2,1:2 D.1:2,1:1 3.一個做簡諧運動的質(zhì)點,先后以同樣大小的速度通過相距10 cm的A、B兩點,歷時0.5 s.如圖所示,經(jīng)過B點后再經(jīng)過t=0.5 s質(zhì)點以方向相反、大小相同的速一 次通過B點.則質(zhì)點振動的周期是( ) A.0.5 s, B.10s C.2.O s D.4.0s [參考答案] 1.解析:振子從0→C→0時位移雖然相同,但速度的方向不同,振動只是半次全振動故A錯. 振子從B→c是半次全振動,故周期T=2 s,振幅A=OB= =5 cm.故B錯. 由全振動的定義知:振子由B→C→B為一次全振動,振子路程s=4 A=4 5=20 cm,所以兩個全振動的路程中220cm=40cm,故C錯。 t=3 s,即1 T,振子經(jīng)歷了1個全振動,路程s=4A+2A=30 cm.故D正確. 2.解析:振動的周期只決定于振動本身的固有性質(zhì),對彈簧振子則由振子的質(zhì)量與彈簧的勁度系數(shù)決定,和起振時的初始位移大小無關. 彈簧振子振動中的回復力大小為F=kx,其加速度a=,位移越大處,振子的加速度也越大,所以兩種情況中的最大加速度之比為1:2,故本題選C. 3.解析:根據(jù)題意.由振動的對稱性可知,AB的中點為平衡位置,質(zhì)點A、B兩點對稱分布于0點的兩側.質(zhì)點從平衡位置0移動到B的時間應為tOB=0.5s=0.25s,質(zhì)點從B右運動到右方極端位置D的時間為tBD=0.5s=0.25s,所以從O到D的時間tOD=周期T=2 s,故本題選C. (二)固有周期和固有頻率 基礎知識 周期和頻率是用來反映簡諧運動物體振動快慢的物理量,那么它們與哪些因素有關呢? 請同學們觀察下面實驗,然后思考下列問題: 實驗一:用同一彈簧振子演示在振幅不同時的振動情況. 實驗二:換用不同的彈簧,使振子做相同振幅的振動. 實驗三:用同一彈簧,換用不同振子演示其振動情況. [學生活動] 1.用秒表測出各實驗的振動周期. 2.閱讀題目后進行思考. [投影出示題目] 1.實驗一說明了什么問題? 2.實驗二說明了什么問題? 3.實驗三說明了什么問題? 學生歸納總結后得出結論: 1.從實驗一測得的周期來看,振子振動的快慢與振幅無關. 2.從實驗二測得的周期來看,振子振動的快慢與彈簧有關. 3.從實驗三測得的周期來看,振子振動的快慢與振子有關. 深入探究 請同學進一步比較測得的數(shù)據(jù),分析下面兩個問題: 1.振子振動的周期與彈簧勁度系數(shù)有何定性關系? 2.振子振動的周期與振子質(zhì)量有何定性關系? 學生對測得的數(shù)據(jù)比較、分析后得出: 1.彈簧的勁度系數(shù)越大,周期越小. 2.振子的質(zhì)量越大,周期越大. 教師總結 我們從上面的實驗中定性地對周期大小進行了研究,我們的前輩曾對周期的大小進行了定量的計算,最終發(fā)現(xiàn)了簡諧運動的周期是一個與振幅無關的量,而只與振動系統(tǒng)本身有關,因此把簡諧運動的周期叫固有周期,把對應的頻率叫固有頻率.并且測得彈簧振子固有周期的 r 計算公式為:T=2π 即:周期與振子質(zhì)量的方根成正比,與彈簧勁度系數(shù)的方根成反比. 基礎知識應用 1.在下列情況下,彈簧振子周期會發(fā)生變化的是( ) A.把彈簧振子豎直放置時 B.把彈簧振子放置到月球上 C.把彈簧振子放置到升降機中 D.把彈簧振子的振子換一個 [參考答案]D 三、小結 1.振幅的振動物體離開平衡位置的最大距離;振動物體完成一次全振動所需要的時間叫周期;單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù)叫頻率。 2.當振動物體以相同的速度相繼通過同一位置所經(jīng)歷的過程就是一次全振動;一次全振動是簡諧運動中的最小單元,振子的運動過程就是這一單元運動的不斷重復。 3.由于物體振動的周期和頻率只與振動系統(tǒng)本身有關,所以也叫因有周期和固有頻率。 四、作業(yè) ①復習本節(jié)內(nèi)容 ②完成課后作業(yè) ③預習下節(jié)內(nèi)容 思考題:如何改變彈簧振子的周期? [參考答案]①改變彈簧振子的彈簧勁度的系數(shù)。②改變彈簧振子的振子質(zhì)量。 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設計 1.已知某彈簧振子做簡諧運動的振幅為4cm。下列說法正確的是( ) A.振子的最大位移是8 cm B.從任意時刻起,一個周期內(nèi)振子通過的路程是16 cm C.從任意時刻起,半個周期內(nèi)振子通過的路程是8 cm D.從任意時刻起,1/4個周期內(nèi)振子通過的路程是4 cm 2.如右圖所示,彈簧振子在AA′間做簡諧運動,測得AAI相距為8 cm,則: (1)振幅為 。 ?。?)振子完成4次全振動所經(jīng)過的總路程為 。 3.彈簧振子做簡諧運動,從振子第一次通過平衡位置時開始計時,到第15次通過平衡位置時停止計時,測得這段時間為14 s.則該彈簧振子的周期為 ,頻率為 。 4.在2題的圖中,彈簧振子在AA′間做簡諧運動,已知頻率為2 Hz,若從振子到達A點時 開始計時,1 min內(nèi)振子經(jīng)過平衡位置0點 次,經(jīng)過A′點 次. 5.彈簧振子做簡諧運動的振幅為A,周期為T,若將振幅減小為原來的1/5,那么周期將是原來的 倍,若將振幅增大為原來的3倍,那么周期將是原來的 倍。 6.如圖所示,振子從平衡位置0點開始向右運動.在AA′間做簡諧運動,到M點時速率第一次等于v,經(jīng)過tl S通過路程s1后,速率第二次等于v,又經(jīng)過t2s通過路程s后,速度第三次等于v,則該振子的振動周期T等于 。 [參考答案] 1.BC 2.(1)4 cm (2)64 cm 3.2 s 0.5 Hz 4.240 l20 5.l 1 6. 2(t1+t2)- 配套講稿:
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