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2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊 第九章 機(jī)械振動 六、簡諧運(yùn)動的能量、阻尼振動(第一課時(shí)) 從容說課 本節(jié)內(nèi)容講述簡諧運(yùn)動的能量以及阻尼振動．前邊我們重點(diǎn)從運(yùn)動學(xué)的角度對簡諧運(yùn)動做了研究，而本節(jié)則從能量的角度對簡諧運(yùn)動進(jìn)行研究．對于水平彈簧振子，振幅越大，彈簧的形變量越大，彈性勢能就越大．振動的能量也就越大；對于單擺，在位移最大時(shí)，其對應(yīng)的動能為零，重力勢能最大，故振幅越大。單擺的能量就越大．而實(shí)際生活中的振動不同于理想狀態(tài)下的單擺和彈簧振子，它在實(shí)際運(yùn)動過程中的阻力是客觀存在的．我們把這種有阻力存在的實(shí)際振動叫阻尼振動．當(dāng)然，如果阻尼很小時(shí)。常常可以忽略不計(jì)，此時(shí)的實(shí)際振動如果滿足所受的回復(fù)力大小與位移成正比、方向相反這一條件，我們就可以把它作為簡諧運(yùn)動來處理．綜上所述．學(xué)好這一節(jié)對于我們?nèi)胬斫夂喼C運(yùn)動有益而無害． 綜合本節(jié)內(nèi)容的特點(diǎn)。對本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)定位如下： 1.知道振動系統(tǒng)能量與振幅的關(guān)系． 2.對于彈簧振子(水平)和單擺運(yùn)動過程中的能量轉(zhuǎn)換能作出合理分析． 3.會利用能量守恒的理論計(jì)算單擺的能量． 4.知道什么是阻尼振動． 5.知道阻尼振動中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系． 6.知道阻尼振動與簡諧運(yùn)動之間的關(guān)系． 為了能更好地完成上述教學(xué)目標(biāo)，對本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)定位于： 1.具體分析彈簧振子、單擺中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系． 2.應(yīng)用機(jī)械能守恒的理論．對單擺的能量進(jìn)行定量計(jì)算． 本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)定位于： 1.對能量轉(zhuǎn)換關(guān)系的理解． 2.對單擺能量的計(jì)算． 為了在教學(xué)中突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，對本節(jié)課教學(xué)采用以下教學(xué)方法． 1.復(fù)習(xí)與強(qiáng)化訓(xùn)練相結(jié)合． 2.自學(xué)與指導(dǎo)相結(jié)合． 3.實(shí)驗(yàn)演示與多媒體輔助相結(jié)合． 本節(jié)課的教學(xué)程序設(shè)計(jì)如下： 復(fù)習(xí)提問→新課導(dǎo)人→實(shí)驗(yàn)演示→分析、總結(jié)→強(qiáng)化訓(xùn)練→小結(jié)． 教學(xué)目標(biāo) 一、知識目標(biāo) 1.知道簡諧運(yùn)動中能量與振幅的關(guān)系． 2.能對水平彈簧振子與單擺運(yùn)動過程中的能量轉(zhuǎn)換作出正確分析． 3.會利用能量守恒定律計(jì)算單擺的能量． 4.知道什么是阻尼振動． 5.知道阻尼振動中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系． 6.知道阻尼振動與簡諧運(yùn)動的關(guān)系． 二、能力目標(biāo) 1.通過對能量轉(zhuǎn)換的分析，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力． 2.通過對阻尼振動的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建理想化模型的能力． 三、德育目標(biāo) 1.培養(yǎng)學(xué)生樹立“對立統(tǒng)一”的哲學(xué)觀． 2.通過阻尼振動的教學(xué)。培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成節(jié)約能源的習(xí)慣． 教學(xué)重點(diǎn) 1.水平彈簧振子和單擺運(yùn)動中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系． 2.用機(jī)械能守恒定律分析、解決單擺運(yùn)動中的能量問題． 教學(xué)難點(diǎn) 1.對簡諧運(yùn)動能量轉(zhuǎn)換的理解． 2.對單擺運(yùn)動中能量的計(jì)算． 教學(xué)方法 1.復(fù)習(xí)與訓(xùn)練相結(jié)合. 2.自學(xué)與指導(dǎo)相結(jié)合. 3.實(shí)驗(yàn)演示與多媒體輔助相結(jié)合. 教學(xué)用具 投影片、彈簧振子、單擺、CAI課件． 課時(shí)安排 l課時(shí) 教學(xué)過程 一、新課導(dǎo)入 1.復(fù)習(xí)提問 ①什么是相位? ②什么是相位差? 學(xué)生回答后，教師進(jìn)行激勵(lì)評價(jià), 作出總結(jié)： ①描述簡諧運(yùn)動在一個(gè)全振動中所處階段的物理量叫相位． ②兩個(gè)簡諧運(yùn)動相位的差值叫相位差． 2.導(dǎo)人新課 通過前面幾節(jié)課的學(xué)習(xí)。我們從運(yùn)動學(xué)的角度對簡諧運(yùn)動作了研究．那么，簡諧運(yùn)動在 動過程中的能量情況又如何呢?本節(jié)課我們就來探討簡諧運(yùn)動的能量． 二、新課教學(xué) (一)簡諧運(yùn)動的能量 基礎(chǔ)知識 1.什么是機(jī)械能? 2.常見的機(jī)械能有哪些? 3.機(jī)械能守恒的條件是什么? 4.彈簧振子和單擺在做簡諧運(yùn)動時(shí)具有哪些機(jī)械能? 5.彈簧振子和單擺做簡諧運(yùn)動時(shí)的能量是否守恒? 6.彈簧振子在運(yùn)動中其能量如何轉(zhuǎn)換? 7.單擺在擺動中其能量如何轉(zhuǎn)換? 實(shí)驗(yàn)演示彈簧振子和單擺的運(yùn)動，學(xué)生觀察分析后得出結(jié)論： l.物體由于機(jī)械運(yùn)動而具有的能叫機(jī)械能． 2.常見的機(jī)械能有：動能、重力勢能、彈性勢能。 3.在只有重力(或彈力)做功時(shí)系統(tǒng)的機(jī)械能不變． 4.彈簧振子具有動能，彈性勢能； 單擺具有動能,重力勢能． 5.彈簧振子在做簡諧運(yùn)動時(shí)其機(jī)械能守恒．因?yàn)檎褡釉谒椒较蜻\(yùn)動時(shí)，只有彈簧的彈力在做功． 單擺在做簡諧運(yùn)動時(shí)其機(jī)械能也守恒，因?yàn)閱螖[在擺動時(shí)，只有重力做功。 6. 彈簧振子在做簡諧運(yùn)動時(shí),其能量轉(zhuǎn)換關(guān)系為： 在A點(diǎn)：振子的速度為零,系統(tǒng)無動能,能量為彈簧的彈性勢能. 從A→O：速度逐漸增大,動能逐漸增大;彈簧形變量逐漸變小,彈性勢能逐漸變小.彈性勢能轉(zhuǎn)化為振子的動能． 在O點(diǎn)：振子速度最大、動能最大；彈簧無形變，彈性勢能為零.彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為動能． 從0→A′：振子速度變小，動能變小；彈簧形變量增大，彈性勢能增大．動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能． 在A′點(diǎn)：振子速度為零，動能為零；彈簧形變量達(dá)到最大，彈性勢能最大．動能全部轉(zhuǎn)化為彈性勢能． 從A′→O：速度反向增大，動能增大；彈簧形變量變小，彈性勢能變小．彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能． 在O點(diǎn)：速度反向達(dá)到最大，動能最大；彈簧無形變，彈性勢能為零.動能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽埽? 從O→A′：速度反向減小，動能變??；彈簧形變量增大，彈性勢能增大．動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能 7.單擺做簡諧運(yùn)動時(shí)其能量轉(zhuǎn)換關(guān)系為： 在A點(diǎn)：相對于平衡位置的高度差(以后簡稱高度差)最大．重力勢能最大；速度為零.動能為零．系統(tǒng)能量為重力勢能． 從A→O；高度差變小，重力勢能變?。凰俣仍龃?，動能增大．重力勢能轉(zhuǎn)化為動能． 在O點(diǎn)：高度差為零，重力勢能為零；速度最大，動能最大．重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能． 從O→A′：高度差不斷增大。重力勢能逐漸增大；速度不斷變小。動能不斷變小．動能轉(zhuǎn)化為重力勢能． 在A′點(diǎn)：高度差達(dá)到最大，重力勢能最大；速度減小為零，動能為零.動能全部轉(zhuǎn)化為重力勢能． 從A′→O：高度差變小,重力勢能變小；速度增大，動能增大．重力勢能轉(zhuǎn)化為動能． 在A′點(diǎn)：高度差為零,重力勢能為零；速度反向最大，動能最大．重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能． 從O→A：高度差變大，重力勢能變大；速度變小,動能變?。畡幽苻D(zhuǎn)化為彈性勢能． 深入探究 請同學(xué)們根據(jù)上述分析，回答下列問題： 1.在彈簧振子的簡諧運(yùn)動中．如何計(jì)算彈簧在最大位移處的彈性勢能? 2.在單擺的簡諧運(yùn)動中，如何計(jì)算系統(tǒng)的總能量? 3.簡諧運(yùn)動物體的能量與振幅有何關(guān)系? 學(xué)生思考后得出結(jié)論： 1.彈簧在最大位移處的彈性勢能就是系統(tǒng)的總能量,而平衡位置處振子的動能也是系統(tǒng)的總能量。即彈性勢能等于動能． 2.單擺的系統(tǒng)能量包括重力勢能和動能兩部分,故其總能量： a.等于在最大位移處的重力勢能． b.等于在平衡位置處的動能． c.等于任一位置的動能和重力勢能之和． 3.簡諧運(yùn)動的系統(tǒng)能量大小與振幅的關(guān)系為： a.振幅越大，能量越大． b.振幅越小。能量越?。? c.教師總結(jié) 通過上面的學(xué)習(xí)我們知道了彈簧振子與單擺在運(yùn)動過程中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，以及對能量的計(jì)算方法．下面我們簡單練習(xí)一下． 基礎(chǔ)知識應(yīng)用 如圖所示,輕彈簧一端固定在墻上,一質(zhì)量m=1 kg的滑塊，以v=6 m／s的速度沿光滑水平面向左運(yùn)動與彈簧相碰,彈簧被壓縮．則此振動系統(tǒng)的最大彈性勢能為 J.當(dāng)滑塊壓縮彈簧速度減為2 m／s時(shí),此系統(tǒng)的彈性勢能為 J． [參考答案]解析：滑塊壓縮彈簧的過程機(jī)械能守恒,可視為彈簧振子振動過程中的周期．由 (二)阻尼振動 基礎(chǔ)知識 請學(xué)生閱讀課文第二部分，思考下列問題： [投影出示] 1.什么叫阻尼振動? 2.阻尼振動的能量如何變化? 3.阻尼振動與簡諧運(yùn)動有何關(guān)系? 學(xué)生閱讀、思考后得出結(jié)論： 1.振幅逐漸減小的振動叫阻尼振動． 2.振幅變小時(shí)，能量要變小，故阻尼振動的能量在不斷減?。? 3.簡諧運(yùn)動是理想化的運(yùn)動，即運(yùn)動過程中不存在阻尼．而實(shí)際振動一般都是阻尼振動．當(dāng)阻尼比較小時(shí)，可以當(dāng)作簡諧運(yùn)動來處理． 深入探究 學(xué)生分組討論下列問題： 1.阻尼振動的振幅為什么會越來越小? 2.振幅減小的快慢與阻尼的大小有何關(guān)系? 3.做阻尼振動時(shí)，振動的頻率是否變化? 學(xué)生討論后得出結(jié)論： 1.實(shí)際的振動系統(tǒng)不可避免地要受到摩擦和其他阻力,即受到阻尼的作用.系統(tǒng)克服阻尼的作用做功.系統(tǒng)的機(jī)械能就要損耗,系統(tǒng)的機(jī)械能隨著時(shí)間逐漸減少，振動的振幅也逐漸減小.待到機(jī)械能耗盡之時(shí),振動就停下來了． CAI課件出示阻尼振動的位移一時(shí)間圖象． 2.振動系統(tǒng)所受到的阻尼越大,振幅減小得越快，振動停下來也越快.阻尼過大時(shí)，系統(tǒng)將不能發(fā)生振動,阻尼越小,振幅減小得越慢． 3.物體做阻尼振動時(shí),振幅雖不斷減小但振動的頻率仍由自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定.并不會隨振幅的減小而變化． 教師總結(jié) 通過上面的學(xué)習(xí)，我們對阻尼振動有了簡單的了解，下面我們簡單練習(xí)一下． 基礎(chǔ)知識應(yīng)用 1.單擺在空氣中做阻尼振動，下列說法中正確的是 ( ) A.振動的能量逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 B.后一時(shí)刻擺球的動能一定比前一時(shí)刻小 C.后一時(shí)刻擺球的勢能一定比前一時(shí)刻小 D.后一時(shí)刻擺球的機(jī)械能一定比前一時(shí)刻小 2.一個(gè)單擺的擺球偏離最大位置時(shí)，正好遇到空中豎直下落的雨滴，雨滴均勻附著在擺球的表面.下列說法正確的是 ( ) A.擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)速度要增大,周期也增大,振幅也增大 B.擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)速度沒有變化,周期減小,振幅也減小 C.擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)速度沒有變化，周期也不變，振幅要增大 D.擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)速度要增大，周期不變，振幅要增大 [參考答案]1.AD 2.D 三、小結(jié) 1.振動物體都具有能量，能量的大小與振幅有關(guān)．振幅越大，振動的能量也越大． 2.對簡諧運(yùn)動而言，振動系統(tǒng)一旦獲得一定的機(jī)械能振動起來，這一個(gè)能量就始終保持不變,只發(fā)生動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化． 3.振動系統(tǒng)由于受到外界阻尼作用,振動系統(tǒng)的能量逐漸減小,振幅逐漸減小,這種振動叫阻尼振動.實(shí)際的振動系統(tǒng)都是阻尼振動，簡諧運(yùn)動只是一種理想化的振動． 四、作業(yè) 1.完成課后作業(yè)． 2.復(fù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容． 3.預(yù)習(xí)下節(jié)內(nèi)容． 五、板書設(shè)計(jì) 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) l、如圖．將相同的單擺拉到不同的位置A、B使其同時(shí)振動起來，擺角均小于lO，且hAxB． [參考答案]1.BD 2.A 3．