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2019-2020年新課標(biāo)粵教版3-4選修三1.2《簡諧運(yùn)動(dòng)的力和能量特征》WORD教案2 教學(xué)目標(biāo) 1．知識(shí)與技能 (1)理解簡諧運(yùn)動(dòng)的力的特征． (2)知道彈簧振子的回復(fù)力，其公式表達(dá)以及物理意義． (3)初步了解簡諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、勢能、機(jī)械能的變化特征，能半定量地說明彈性 勢能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化． (4)知道振幅越大，振動(dòng)的總機(jī)械能越大． (5)能清晰地描繪彈簧振子完成一次全振動(dòng)過程中位移、回復(fù)力、加速度、速度、 動(dòng)能、彈性勢能、機(jī)械能的變化情況． 2．過程與方法 (1)經(jīng)歷仔細(xì)觀察與認(rèn)真思考彈簧振子的簡諧運(yùn)動(dòng)在不同位置的受力與速度情況， 掌握簡諧運(yùn)動(dòng)的力的特征． ． (2)通過教師的誘導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)，了解簡諧運(yùn)動(dòng)的能量的特點(diǎn)． (3)通過同學(xué)間交流與討論的合作學(xué)習(xí)，分析簡諧運(yùn)動(dòng)的全振動(dòng)過程中位移、回 復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能、彈性勢能、機(jī)械能的變化情況． 3．情感、態(tài)度與價(jià)值觀 (1)尊重物理情境的客觀分析，培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)世界的辯證唯物的科學(xué)觀念． (2)善于抽取、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，客觀地分析規(guī)律的物理含義，知道規(guī)律的內(nèi)涵與 外延，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣． (3)經(jīng)歷“交流與討論”的學(xué)習(xí)過程，使學(xué)生明白教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生相互 合作學(xué)習(xí)是共同進(jìn)步的良好途徑． 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力及能量特征 教學(xué)過程 一、簡諧運(yùn)動(dòng)力的特征:回復(fù)力 觀察振子的運(yùn)動(dòng)，可以看出振子在做變速運(yùn)動(dòng)，請同學(xué)們分析一下振子做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的原因是什么？可以先畫出彈簧伸長時(shí)振子的受力分析，再分組討論。 再讓學(xué)生對彈簧被壓縮時(shí)的振子進(jìn)行受力分析。 教師總結(jié)：從兩次受力分析中可以看出彈簧無論是被拉伸還是被壓縮，其產(chǎn)生的彈力總是指向平衡位置O，其作用效果就是使振子回到平衡位置O點(diǎn)。所以，我們根據(jù)彈力F的這一作用效果把這個(gè)力命名為回復(fù)力，其方向總是指向平衡位置。 繼續(xù)觀察振子的運(yùn)動(dòng)，并運(yùn)用已有的知識(shí)來分析各時(shí)刻彈簧振子所受的回復(fù)力的情況，判斷振子是否在做勻變速運(yùn)動(dòng)？ 學(xué)生答：不是。 教師總結(jié)：力學(xué)中學(xué)習(xí)過胡克定律F=kx，公式中的k值與彈簧的彈性強(qiáng)弱有關(guān)，x是指彈簧長度的變化量。在振動(dòng)過程中x指的就是振動(dòng)的位移。但由于回復(fù)力的方向總是指向平衡位置而位移的方向總是由平衡位置指向末位置，兩者方向相反，因此，回復(fù)力的公式為： F=-kx 公式中負(fù)號(hào)表示回復(fù)力F與振動(dòng)位移x的方向相反，但大小與位移x成正比，F(xiàn) x。當(dāng)振子處于平衡位置時(shí)，位移X=0，所以回復(fù)力F=0。 由于振動(dòng)過程中位移是個(gè)變量，所以回復(fù)力也是一個(gè)變量，又因?yàn)楦鶕?jù)牛頓第二定律F=ma，加速度是由回復(fù)力產(chǎn)生的其大小與力的大小成正比，方向與力的方向一致，所以加速度也是一個(gè)變量。因此，振子不做勻變速運(yùn)動(dòng)。 總結(jié)：⑴ 回復(fù)力是產(chǎn)生振動(dòng)的必要條件之一； ⑵ 回復(fù)力方向總是指向平衡位置，它可以是一個(gè)力、也可以是幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力； ⑶ 產(chǎn)生振動(dòng)的第二個(gè)必要條件是阻力足夠小。 簡諧運(yùn)動(dòng)的速度變化. 在振子從B→O的運(yùn)動(dòng)過程中，由于是向著平衡位置運(yùn)動(dòng)，位移x方向向右且大小逐漸減小，回復(fù)力F則方向向左大小也逐漸減小，而由回復(fù)力產(chǎn)生的加速度a也是方向向左大小減小。這一階段中由于運(yùn)動(dòng)方向與力的方向一致，所以振子做加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)振子到達(dá)平衡位置時(shí)，位移為零，回復(fù)力、加速度也為零，此時(shí)速度達(dá)到最大值方向繼續(xù)向左。 由于物體具有慣性，振子通過平衡位置后將繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)。在振子從O→C的過程中，位移方向發(fā)生了變化，所以回復(fù)力F和加速度a也改變了方向，變?yōu)橄蛴?，而加速度大小在不斷增加，回?fù)力和加速度的大小也逐漸增加。此時(shí)，由于力的方向與速度方向相反，振子做減速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)振子到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，速度減小為零，但此時(shí)振子的位移最大、回復(fù)力和加速度的值也最大，所以振子又將作加速運(yùn)動(dòng)。 二、簡諧運(yùn)動(dòng)的能量特征 問：振子從B向O運(yùn)動(dòng)過程中，它的能量是怎樣變化的？引導(dǎo)學(xué)生答出彈性勢能減少，動(dòng)能增加。 問：振子從O向C運(yùn)動(dòng)過程中能量如何變化？振子由C向O、又由O向B運(yùn)動(dòng)的過程中，能量又是如何變化的？ 問：振子在振動(dòng)過程中總的機(jī)械能如何變化？引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用機(jī)械能守恒定律，得出在不計(jì)阻力作用的情況下，總機(jī)械能保持不變。 教師指出：將振子從B點(diǎn)釋放后在彈簧彈力（回復(fù)力）作用下，振子向左運(yùn)動(dòng)，速度加大，彈簧形變（位移）減少，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為振子的動(dòng)能。當(dāng)回到平衡位置O時(shí)，彈簧無形變，彈性勢能為零，振子動(dòng)能達(dá)到最大值，這時(shí)振子的動(dòng)能等于它在最大位移處（B點(diǎn)）彈簧的彈性勢能，也就是等于系統(tǒng)的總機(jī)械能。 在任何一位置上，動(dòng)能和勢能之和保持不變，都等于開始振動(dòng)時(shí)的彈性勢能，也就是系統(tǒng)的總機(jī)械能。 由于簡諧運(yùn)動(dòng)中總機(jī)械能守恒，所以簡諧運(yùn)動(dòng)中振幅不變。如果初始時(shí)B點(diǎn)與O點(diǎn)的距離越大，到O點(diǎn)時(shí)，振子的動(dòng)能越大，則系統(tǒng)所具有的機(jī)械能越大。相應(yīng)地，振子的振幅也就越大，因此簡諧運(yùn)動(dòng)的振幅與能量相對應(yīng)。 三、簡諧運(yùn)動(dòng)過程分析 　 利用多媒體課件再次演示簡諧振動(dòng)，請同學(xué)邊觀察邊填寫表格，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解振動(dòng)過程中各物理量的周期性變化。 A→O O O→B B B→O O O→A A 位移x 大小 方向 回復(fù)力F 大小 方向 加速度a 大小 方向 速度v 大小 方向 動(dòng)能 彈性勢能 機(jī)械能 四、例題講解 如圖所示，質(zhì)量為m的物體通過勁度系數(shù)為k的彈簧相連，懸吊在天花板上.現(xiàn)將物體稍向下拉，然后釋放，試判斷物體的振動(dòng)是否為簡諧運(yùn)動(dòng)． 解：設(shè)物體靜止時(shí)拉伸彈簧長度為x0,又向下拉伸距離為x1,取向豎直向下為正方向. F0＝-kx0=-mg F=-k(x0+x)=-mg-kx F回=-F+mg =- (mg+kx)+mg =-kx 所以物體的振動(dòng)是簡諧運(yùn)動(dòng) ．