2024-2025學年高中物理第一章機械振動1簡諧運動教案5教科版選修3-4

PAGE5-簡諧運動【教學目標】 1.知道什么教機械振動，什么叫平衡位置； 2.知道什么叫簡諧運動，知道簡諧運動的受力特點和運動規(guī)律； 3.了解描述簡諧運動的物理量及意義，知道簡諧運動中的能量轉(zhuǎn)化狀況?！窘虒W重點】 簡諧運動的過程【教學過程】 一、交變電流等周期性規(guī)律是普遍常見的，其實運動也有很多周期性改變的狀況。1.機械振動是一種比較困難的運動，它是一種變加速運動。為了很好地理解這一運動的特點，就要運用以前學過的運動學和動力學的學問，加深對這一運動的理解。2.彈簧振子。先通過實例介紹振動，在此基礎上演示幾個做簡諧振動的試驗：如懸掛的彈簧下吊一個重球的上下振動，單擺、彈簧振子的教學儀器（如圖）。設備較好的學校還可以利用氣墊導軌模擬教科書上的彈簧振子，通過這些演示，使學生相識產(chǎn)生簡諧運動的條件和振動的特點；引導學生視察振動的周期與振幅的大小無關(guān)，在氣墊導軌的試驗上可通過變換不同勁度系數(shù)的彈簧和振子的質(zhì)量的演示，視察彈簧振子的頻率是由振動系統(tǒng)本身的性質(zhì)確定的，但不做定量分析。3.簡諧運動。在思索中引導學生視察機械振動既不是勻變速直線運動，又不是曲線運動。引導學生要對彈簧振子運動在不同位置的速度，加速度及受力狀況進行分析，使學生相識到在探討這一特殊運動時，仍舊依據(jù)牛頓定律，從力與運動的關(guān)系去探討機械振動的特點。所以探討本章內(nèi)容實質(zhì)還是對我們已駕馭的規(guī)律和方法的應用。F=-kx二、簡諧運動的過程先分析m在O點、A點、B點上的位移（x）、回復力（F）、加速度(a)、速度（υ），可列表：位移x回復力F加速度a速度υ大小方向大小方向大小方向大小方向AOB在弄清各點的狀況后，你再把課本P130的表格填上。要弄清描述振動的幾個物量量：速度、加速度、周期、頻率、振幅。在探討單擺時，你可以連看書，邊做試驗，這樣不僅能加深對單擺的相識，而且可以提高你自己學習的實力。在探討單擺運動的規(guī)律時，你可以先做一個試驗，用試驗室演示簡諧運動的彈簧振子儀器，或用氣墊導軌組裝的彈簧振子。再制做一個單擺，先調(diào)整擺長，使單擺的擺的搖擺和彈簧振子的振動步調(diào)一樣。使單擺的搖擺和彈簧振子的振動兩平面平行，且二者正對，用光把振動的投影到墻上，你會發(fā)覺兩個投影運動完全一樣，所以可證明單擺做簡諧運動。駕馭好單擺的周期規(guī)律后，要做好單擺的試驗，駕馭好測定重力加速度的這種重要方法。三、通過以下練習，把概念弄清。1.知道機械振動的定義及運動特點：例：機械振動的特點是：(1)往復性；(2)方向性；(3)慣性；(4)周期性。分析：要抓住物體做機械振動時是圍繞一個中心位置做往復運動及往復運動的周期性。2.知道回復力是怎樣的力：例：回復力的作用是能使物體平衡位置，它是大小，方向的力（填不變或改變）。分析：回復力總是與振動子偏離平衡位置的位移方向相反，它的作用能使振子返回平衡位置。答案：返回，改變，改變。3.知道什么是簡諧運動，其運動特點及運動的性質(zhì)。例：簡諧運動是一種：(1)勻速運動；(2)變速運動；(3)勻加速運動；(4)變加速運動；(5)勻減速運動。分析：這要從簡諧運動物體受到的回復力的特點來進行分析，F(xiàn)=－kx，回復力與位移成正比，是變力作用，因此簡諧運動是變速度運動，當然它的加速度也是與位移成正比，方向恒久指向平衡位置。加速度是變加速度。4.能從動力學角度，說明簡諧運動的特點，及回復力、位移、速度、加速度等量的改變規(guī)律。例：一個質(zhì)點做簡諧運動時，則：(1)速度方向有時與位移方向相同，有時相反；(2)加速度方向有時與速度方向相同，有時相反；(3)回復力方向有時與速度相同，有時相反；(4)回復力方向有時與位移方向相同；有時相反。分析：可以結(jié)合課堂上試驗去分析，質(zhì)點在最大位移處向平衡位置移動時及質(zhì)點從平衡位置向最大位移處移動時，位移如何變？回復力如何變？加速度如何變？速度如何變？答案：(1)、(2)、(3)5.能清晰地理解振幅的物理意義。例：振動物體離開平衡位置的，叫做振動的振幅，它是表示振動的物理量。分析：這里要特殊留意只有是物體離開平衡位置的最大距離時才是振動幅，振動幅越大，說明振動越劇烈。6.能清晰地理解周期、頻率的定義及物理意義。例：振動的物體完成一次所需的時間，叫振動的周期。周期和頻率都是表示振動的物理量。它們之間的關(guān)系為f=。7.知道固有周期（頻率）的概念。例：物體的固有頻率是由振動物體本身的確定的，而與的大小無關(guān)。8能依據(jù)周期（頻率）的定義和相互關(guān)系，進行有關(guān)物理量的計算。例：兩個彈簧振子同時起先振動，當甲振動子振動45次時，乙剛好振動40次。甲、乙兩振子的周期之比為。分析：同時起先振動且甲振動動45次時，乙振動40次，說明二者振動的時間相同。甲周期為：乙周期為：。9.能在新的物理情景中敏捷應用周期、頻率。例：甲、乙兩彈簧振子的周期比為1:3，振幅之比為2:5，則每秒路程之比為：(1)5:6；(2)3:10；(3)6:5；(4)10:3分析：彈簧振子在一個周期內(nèi)，完成的路程是四個振幅。答案：（3）。注：振動周期大，說明它振動的慢。四、駕馭好基礎學問，并且接合實際的物理情景，能敏捷運用所學學問，這是我們建立物理思維的必要過程。例1：圖示一彈簧振子，其固有周期為T，把振子從平衡位置O拉到B點后由靜止釋放，OB距離為振幅A。彈簧振子振動過程中，如以通過B點的時刻當計時的起先時刻，問（1）在一個周期內(nèi)，哪段時間位移為正，哪段時間位移為負？（2）在t=時，振子的位移和速度怎樣？（3）在t=時振子的位移和速度怎樣？（4）振子完成一次全振動的路程是多少？為了分析這一問題，必需弄清彈簧振子是如何運動的？運動的周期、位移是怎樣的？振子在振動過程中的位移，指的是振子離平衡位置的位移，而不是指任兩時刻間的位移。振子在某時刻的位移是有確定的大小和方向的。但原委是正還是負，這要依據(jù)所規(guī)定的正方一直確定。分析：（1）先規(guī)定正方向：沿OB向右為正。然后看起始位置。從通過B的時刻計時。即釋放瞬間為0時刻，此時，雖然振子從起先向左運動到平衡位置，但這一過程的位移都是從平衡位置指向右因此為正。過了平衡位置，振子仍舊向左運動，但位移都是從平衡位置指向左，因此為負。即0—T/4時間內(nèi)，位移為正，T/4—T/2時間內(nèi)，位移為負。你按這種探討法，確定一下T/2—T這半個周期內(nèi)，位移的正負是如何改變的？（2）在T/4時，振子回到平衡位置，位移為0，但速度最大，方向向左。（3）在T/2時，振子到C點，位移x=－A，位移大小等于振幅，方向向左，速度為零。（4）振子完成一次全振動通過的路程式為4A。例2：甲、乙兩個彈簧振子，甲完成12次全振動過程中，乙恰好完成8次全振動，求甲、乙的振動周期比和甲、乙振動頻率之比。這里要弄清什么是周期？什么是頻率？周期和頻率的關(guān)系。完成一次全振動所用的時間，就是振動的周期。若甲完成12次全振動用時為t。則可知甲的周期為T甲=；T2=∴，f=∴=3/2【課堂練習】1.甲、乙兩個單擺，甲擺長度為乙擺的4倍，乙擺的質(zhì)量是甲擺的2倍，那么在甲擺搖擺5次的時間里，乙擺搖擺次。2.如圖所示，彈簧振子以O點為平衡位置，在彈性限度內(nèi)，于B、C間作簡諧運動，若BC兩點間距為20厘米，振動頻率為0