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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 一、簡諧運動(第一課時) 從容說課 本節(jié)內(nèi)容講述簡諧運動的相關(guān)知識.它既與前面所學的運動學知識有聯(lián)系,又與它們有區(qū)別.從形式上看都屬于機械運動，但它較前面的直線運動、曲線運動要復雜得多，它所遵循運動規(guī)律需要從本節(jié)課中得出.在本節(jié)課中.我們以彈簧振子為模型來初步探討簡諧運動的周期性、受力、加速度及速度的變化情況，為學生以后的學習打下基礎(chǔ)． 根據(jù)本節(jié)內(nèi)容的特點，對本節(jié)教學目標定位如下： 1.知道什么是簡諧運動。簡諧運動的受力特點． 2.理解簡諧運動的周期性，并能從實例中正確描述出一次全振動． 3.知道簡諧運動中回復力、加速度、速度隨位移變化的規(guī)律． 本節(jié)課的教學重點定位于： 1.簡諧運動的回復力的分析及特點． 2.簡諧運動中速度、加速度、位移的變化規(guī)律的分析與總結(jié)． 本節(jié)課的教學難點定位于： 對回復力的理解． 結(jié)合本節(jié)的特點,對本節(jié)課的教學采用實驗演示為主,分析講解為輔的教學模式,通過實驗，讓學生自己從實驗中分析出簡諧運動的有關(guān)特點.教師只起引導的作用,充分體現(xiàn)學生的主導地位． 對本節(jié)課教學程序設(shè)計如下： 實驗導人→實驗觀察→規(guī)律總結(jié)→知識應用→小結(jié)． 教學目標 一、知識目標 1.知道什么是簡諧運動，知道簡諧運動的受力特點． 2.理解簡諧運動的周期性.并能從運動中正確描述出一次全振動． 3.知道簡諧運動中回復力、加速度、速度隨位置變化的規(guī)律． 二、能力目標 1.通過對彈簧振子運動的觀察、分析，培養(yǎng)學生的分析、理解能力． 2.通過對彈簧振子的講解。培養(yǎng)學生建立理想化模型的能力． 三、德育目標 1.通過對簡諧運動周期性的學習，引導學生理解對稱的特點,樹立“對稱美”的美學觀點． 2.通過對回復力和慣性的比較，培養(yǎng)學生用“對立統(tǒng)一”的觀點分析問題的能力． 教學重點 1.簡諧運動中回復力的分析及特點． 2.簡諧運動中速度、加速度、位移變化規(guī)律的分析與總結(jié)． 教學難點 對回復力的理解． 教學方法 實驗演示法，分析、歸納法，多媒體演示教學． 教學用具 投影片、彈簧振子、CAI課件． 課時安排 1課時 教學過程 一、新課導入 自然界中物體的運動形形色色，下面我們就一起來觀察這樣一種運動． [演示彈簧振子的運動] 今天我們就共同來學習這種運動． 二、新課教學 (一)機械振動 基礎(chǔ)知識 學生觀察彈簧振子的振動后回答下列問題： 1.請同學們從生活中舉出一些類似于彈簧振子運動的實例． 2.這些運動有哪些共同的地方? 3.這些物體為什么會做這樣的運動? 學生思考后得出結(jié)論： 1.學生可能舉出的實例有： ①公園里兒童在蹦蹦床上的運動． ②地震時地面的運動． ③樹枝在風中的擺動． 2.這些運動所具有的共同點是： ①這些運動都具有往復性。 ②最終停下來后總在同一位置，即具有平衡位置。 ③往復運動在平衡位置兩側(cè)對稱． 3.物體做什么樣的運動取決于物體的受力狀況，上述的這些運動，在運動過程中所受的合力始終指向平衡位置．正是由于物體受到了這樣的力的作用，所以才能做這種周期性的往復運動．我們把具有這種特征的力叫回復力． 深入探究 [投影片出示] 1.籃球運動員在地上拍球時，籃球會上下跳動，籃球的這種運動是否是機械振動? 2.物體滿足什么樣的條件才能做機械振動? 3.如何確定物體的平衡位置? 學生思考后得出結(jié)論： 1.籃球的運動并不是機械振動．因為機械振動是物體在平衡位置兩側(cè)所做的往復性運動 而籃球只是在平衡位置一側(cè)運動，故它不是機械振動． 2.物體要做機械振動必須具備： ①平衡位置． ②受到指向平衡位置的回復力． 3.平衡位置是物體所受合力為零的位置.對機械振動來說，當物體離開平衡位置后就會受到一個指向平衡位置的力的作用，使得物體總想返回到平衡位置．如果不是理想狀態(tài)下的機械振動，那么，物體最終停下來的位置就是其平衡位置；如果是理想狀態(tài)(振動過程中不受阻力作用)下的機械振動，那么，其合力為零的位置就是其平衡位置． 教師總結(jié) 通過上面的學習，我們對機械振動已有了一定的認識，知道了什么是機械振動，機械振動具有什么樣的特點，滿足什么樣的條件才能做機械振動等等．下面我們練習一下剛才所學到的知識． 基礎(chǔ)知識應用 關(guān)于機械振動.下列說法正確的是( ) A．往復運動就是機械振動 B．機械振動是靠慣性運動的，運動過程中不需要有力的作用 C．機械振動要受到回復力的作用 D．回復力是物體所受的合力 [參考答案]C (二)簡諧運動 基礎(chǔ)知識 請同學們重新觀察水平彈簧振子的運動，請他們在觀察時考慮下面問題： 1.彈簧振子由哪些部件組成? 2.彈簧振子的回復力由誰來提供? 3.穿振子的桿為什么做得非常光滑? 4.振子在運動過程中離開平衡位置的距離如何變化?為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象? 5.若桿做得足夠光滑會出現(xiàn)什么現(xiàn)象? 學生觀察，思考后得出結(jié)論： 1.彈簧振子的組成部件有：小球(振子)． ①中間有孔的小球——振子． ②連接小球與框架的兩根彈簧． ③主要由穿孔小球與彈簧的光滑桿所組成的支架． 2.振子在運動時總共受六個力的作用.即重力、支持力、與桿的摩擦力、空氣的阻力、左右兩根彈簧所產(chǎn)生的兩個拉力．由于豎直方向彈簧振子沒有動，所以豎直方向的合力為零，而水平方向的四個力在振子運動時都指向平衡位置。故其回復力由這些力的合力來提供. 3.桿的光滑程度影響著振子所受摩擦阻力的大小，桿越光滑其所受摩擦力越小，振子運動時損失的能量就越小.運動的時間就越長.做機械振動的現(xiàn)象就越明顯. 4.從實驗中可以看到，振子運動時離開平衡位置的距離會越來越小，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的根本原因就是振子在克服阻力做功時消耗了本身的能量． 5.若桿做得足夠光滑,即桿與振子之間無相互作用的摩擦力，若也不存在空氣阻力，那么振子將會無限地振動下去，永遠也不會停下來． 深入探究 再次請學生觀察彈簧振子的振動，然后思考下列問題： 1.彈簧振子在平衡位置時受哪些力的作用．其合力如何? 2.用手把振子拉到最大位移處所起的作用是什么? 3.振子開始振動后，經(jīng)過怎樣的運動后開始出現(xiàn)往復? 4.試分析振子在一個全振動過程中的各個階段中回復力、加速度、速度,對平衡位置的位移、能量的變化情況． 學生觀察分析后得出結(jié)論： 1.振子在平衡位置時受重力、支持力、彈簧彈力的作用而處于靜止狀態(tài).此時合力為零. 2.用手把振子拉到最大位置處時，與振子相連的彈簧發(fā)生了形變，具有了一定的彈性勢能，其能量的大小就等于手對它所做的功.故拉動振子實質(zhì)上是給振子注入能量． 3.振子從最大位移處開始運動.當再次回到該最大位移處后,它的運動開始重復(即與前面的運動完全一樣)，這樣一段運動就叫振子的一次全振動．全振動是往復運動的最小單元． _ 4.答案見下表： 振子的運動 A→O O→A′ A′ →O O→A 對平衡位置位 移的變化 水平向右，不斷 減小 水平向左，不斷 增大 水平向左，減小 水平向右，增大 振子所受的合 力的變化 水平向左，減小 水平向右，增大 水平向右．減小 水平向左，增大 加速度的變化 水平向左，減小 水平向右，增大 水平向右，減小 水平向左，增大 速度的變化 水平向左，增大 水平向左，減小 水平向右，不斷 增大 水平向右，不斷 減小 能量的變化 彈性勢能變小， 動能增大 動能變小，彈性 勢能增大 彈性勢能變小， 動能增大 動能變小，彈性 勢能增大 　教師總結(jié) [投影片出示] 通過前面的學習，我們知道： 1.簡諧運動的定義： 物體在跟位移大小成正比,并且總指向平衡位置的回復力作用下所做的運動叫簡諧運動． 2.簡諧運動的條件： ①回復力：F=-kx ②不受阻力的作用(無能量損失)． 3.簡諧運動的特點： 1.回復力：物體在往復運動期間,回復力的大小和方向均做周期性的變化.物體處在最大位移時的回復力最大,物體處于平衡位置時的回復力最小(為零),物體經(jīng)平衡位置時,回復大的方向發(fā)生改變． 2.加速度：由力與加速度的瞬時對應關(guān)系可知：回復力產(chǎn)生的加速度也是周期性變化的且與回復力的變化步調(diào)相同． 3.位移：物體做簡諧運動時.它的位移(大小和方向)也是周期性變化的.為研究問題方便我們選平衡位置為位移的起點,物體經(jīng)平衡位置時位移的方向改變. 4.振動的速度：簡諧運動是變加速運動,速度的變化也具有周期性(包括大小和方向).物體經(jīng)平衡位置時速度最大.物體在最大位移處的速度為零,且物體的速度方向改變. 基礎(chǔ)知識應用 1.關(guān)于簡諧運動,以下說法正確的是( ) A.只要有回復力，物體就會做簡諧運動 B. 當物體做簡諧運動時，加速度的方向總是與位移方向相反 C.物體做簡諧運動時，當它向平衡位置運動過程中，加速度越來越小 D.物體做簡諧運動時，速度方向有時與位移方向相反,有時與位移方向相同 2.某質(zhì)點做簡諧運動，從質(zhì)點經(jīng)過某一位置時開始計時,則下列說法中正確的是( ) A.當質(zhì)點再次經(jīng)過此位置時．經(jīng)過的時間為一個周期 B.當質(zhì)點速度再次與零時刻的速度相同時,經(jīng)過的時間為一個周期 C.當質(zhì)點的加速度再次與零時刻相同時，經(jīng)過的時間為一個周期 D.以上三種說法都不對 [參考答案] 1.BCD 2.D 三、小結(jié) 通過本節(jié)的學習，我們知道： 1.機械振動是指物體在平衡位置兩側(cè)所做的往復性運動． 2.簡諧運動是指在F=-kx這樣的回復力作用下所做的機械振動． 3.簡諧運動的條件、特點． 四、作業(yè) 1.完成課后作業(yè)題． ’ 2.復習本節(jié)所學內(nèi)容． 3.預習下節(jié)內(nèi)容． 4.思考題： 做簡諧運動的物體每次經(jīng)過同一位置時，都具有相同的( ) A．加速度 B．動量 C．動能 D．位移 E．回復力 F．速度 解:簡諧運動的物體通過同一位置時,相對平衡位置的位移相同,由回復力與位移的關(guān)系知回復力相同,由牛頓第二定律知.加速度相同,由于振動的重復性,物體通過同一位置時速度的大小相等，但方向不同．即速度和動量不相同。而動能相同．所以本題選ACDE． _ 方法滲透： 1.解題時注意各物理量的標、矢性． _ 2.物體做簡諧運動時回復力、加速度、速度的變化可由下面的流程圖來判斷： _ 判斷方法： _ 五、板書設(shè)計 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設(shè)計 1.下列是描述簡諧運動的物理量與時間關(guān)系的圖象，其中描述正確的是( ) 2.如圖所示,質(zhì)量m=O.5 kg的物體，放在M=64 kg的平臺上,平臺跟豎立在地面上的輕彈簧相連接，彈簧的下端固定.若物體與平臺一起上下振動,最大位移為1O cm,當滑塊運動到最高點時.對平臺壓力恰好為零.則： (1)彈簧的勁度系數(shù)多大? (2)滑塊運動到最低點時,對平臺的壓力多大? 3.做簡諧運動的彈簧振子,其加速度a隨位移x變化的規(guī)律,下列圖象正確的是( ) 4.證明豎直彈簧振子的運動是簡諧運動． [參考答案] 1.ABC 2.(1)6.45103N／m (2)10 N 3.B 4.如圖所示： 證明：振子在平衡位置下方x1處時的回復力F回＝k（△L+x1）-mg=k△L+kx1- k△L= kx1 因彈力方向與x1方向相反,所以 F回＝-kx1 同理：振子在平衡位置上方所受回復力 F回＝mg-k(△L-x2)=kx2 所以F回＝-kx2 振子上下振動時，F(xiàn)回與x的方向相反,大小成正比,故豎直彈簧振子的振動為簡諧運動.