西北师大附中高一物理奥赛教案第一节简谐运动

1课题第十五章机械振动第一节简谐运动教学目标知识目标：1．知道什么是简谐运动以及物体在什么样的力作用下做简谐运动，了解简谐运动的若干实例；2．理解简谐运动在一次全振动过程中位移、回复力、加速度、速度的变化情况；3．知道简谐运动是一种理想化的模型以及在什么条件下可以把实际发生的振动看作简谐运动。能力目标：1．通过对简谐运动中位移、回复力、加速度、速度等物理量间变化规律的综合分析，知道各物理量之间有密切的相互依存关系，体会用联系的观点来分析问题；2．通过对弹簧振子所做简谐运动的分析，得到有关简谐运动的一般规律性的结论，使学生知道从个别到一般的思维方法；3．学会分析简谐运动的实例，提高学生理论联系实际的能力。德育目标：1．通过物体做简谐运动时的回复力和惯性之间关系的教学，使学生认识到回复力和惯性是矛盾的两个对立面，正是这一对立面能够使物体做简谐运动；2．通过对简谐运动的分析，使学生知道各物理量之间的普遍联系。课型新授课课时1课时重点1．什么是简谐运动；2．简谐运动过程中的位移、回复力、加速度和速度的变化规律。3．简谐运动中回复力的特点。难点物体做简谐运动过程中的位移、回复力、加速度、速度的变化特点。教学方法实验演示，阅读、归纳，公式推导，列表对比等教学方法。教具单摆、音叉、小槌、长金属片、水平弹簧振子。2摘要简谐运动是最简单、最基本、最有规律性的机械振动，通过学习，使学生既了解到机械振动的基本特点，又体会到振动这种运动形式较直线运动、曲线运动都要复杂。在本节教材中研究弹簧振子的振动情况时，忽略了摩擦力和弹簧的质量，让学生领会这种理想化的方法。关键词：机械振动弹簧振子简谐运动引言前面我们学习过哪些形式的运动，物体的受力有什么特点？匀速直线运动——合外力为零；匀变速直线运动——合外力恒定；平抛运动——合外力恒定；匀速圆周运动——大小恒定，方向时刻改变的合外力。演示：直尺一端固定，拨动另一端，观察直尺的运动特点。直尺在做什么运动呢？振动。第九章我们来学习机械振动。新课教学：一、机械振动1．概念观察下面几个物体的运动①：学生回答：上述物体的运动有无相同之处？（答：都在某一位置两侧做往返运动）。①录像1AOBOBAAOB3物体（或物体的一部分）在某一中心位置两侧所做的往复运动叫做机械振动，简称为振动。2．振动现象实例同学们还能够举出哪些运动是机械振动?举例：音叉发声时所做的振动；钟摆的摆动；在弹簧下端挂一个小球，拉一下小球，小球所做的运动；水中浮标的上下浮动；树梢在微风中的摆动；担物行走时扁担的振动。还有：高耸的烟囱，高大建筑，大地（地震）；固体晶格点阵中的分子、原子等，交流电路中的电流变化。等。过渡：今天我们来研究一种最简单、最基本的振动——简谐运动。第一节简谐运动一、弹簧振子1．弹簧振子观察②：弹簧振子课件——水平弹簧振子；组成：有孔的小球；有孔小球拴在弹簧的一端；有孔小球和弹簧一起穿在水平杆上。学生阅读课文——实验部分：回答弹簧振子的哪些因素忽略不计?答：滑动时，小球和水平杆之间的摩擦忽略不计；弹簧的质量比小球的质量小得多，也可忽略不计。模型：把一个有孔的小球安在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球穿在水平杆上，可以在杆上滑动，若小球和水平杆之间的摩擦可以忽略不计；弹簧的质量比小球的质量小得多，也可忽略不计，这样的理想模型称为弹簧振子，其中的小球常称为振子。2．弹簧振子的运动特点②课件1AOA＇4观察③：将小球拉到A点后，由静止释放，简要分析弹簧振子的运动过程。（1）运动特点：振子以O点为中心在水平杆上做往复运动。AOAOA惯性弹力作用惯性弹力作用，AOOA，重复前面的运动。（2）平衡位置：振子静止在O点时，弹簧没有发生形变，对振子没有弹力的作用，此时振子受到重力和杆的支持力作用，振子所受合力为零，O点叫做振子的平衡位置。一般情况下，平衡位置指振动物体静止时的位置。问题：振子的受力有什么特点呢？3．弹簧振子的受力特点受力分析——重力和支持力平衡，对振子的运动没有影响，影响运动的只有弹簧的弹力，这个力与振子偏离平衡位置的位移之间有什么关系呢？分析：弹力的大小与振子偏离平衡位置的位移大小之间的关系：kxF方向：总是与振子偏离平衡位置的位移方向相反；作用效果：使振子回到平衡位置。（1）回复力：振动物体受到的总是指向平衡位置的力，其作用效果是使物体回到平衡位置，叫回复力。回复力是效果力。不同性质的力（如：重力、弹力等）或几个力的合力或某个力的分力都可起到回复力的作用。（2）回复力的数学表达式：kxF强调：x为物体偏离平衡位置的位移；k为回复力与位移的比值，是一个比例系数，对于给定的振动系统是一个常数。在弹簧振子中，k为弹簧的劲度系数。二、简谐运动1．简谐运动的概念物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力的作用③课件15下的振动，叫做简谐运动。2．简谐运动的规律简谐运动的规律是什么呢？请同学们观察演示课件④；分析一下弹簧振子振动过程中各物理量的变化情况是什么？振子的运动⑤A→OO→A′A′→OO→A对平衡位置的位移的方向？大小如何变化方向水平向右，不断减小。方向水平向左，不断增大水平向左，不断减小水平向右，不断增大振子所受的弹簧弹力方向怎样？大小如何变化？方向水平向左，大小不断减小水平向右，不断增大水平向右，不断减小水平向左，不断增大加速度的方向怎样？大小如何变化？水平向左，不断减小水平向右，不断增大水平向右，不断减小水平向左，不断增大速度的方向怎样？大小如何变化？水平向左，不断增大水平向左，不断减小水平向右，不断增大水平向右，不断减小填表结束后，针对表格中显示的信息，回答下列问题：◎弹簧振子在往复运动过程中，偏离平衡位置的位移大小和方向如何变化？回复力的大小和方向如何变化？加速度以及速度的大小和方向如何变化？（1）偏离平衡位置的位移变化规律：远离平衡位置位移增大，靠近平衡位置位移减小；方向总是从平衡位置指向末位置；（2）回复力变化规律：远离平衡位置回复力变大，靠近平衡位置回复力变小；方向总是指向平衡位置；加速度变化规律：远离平衡位置加速度变大，靠近平衡位置加速度变小；方向总是④课件1⑤人民教育出版社物理室．物理第二册（必修加选修）．Ｐ２１练习一，（2）6指向平衡位置；xmkakxF得：由，简谐运动是一种变加速运动。（3）速度的变化规律：远离平衡位置速度变小，靠近平衡位置速度变大；问题：由振子和弹簧组成的振动系统，在做简谐运动的过程中，系统的机械能守恒吗？（4）振动系统在做简谐运动的过程中，系统的机械能守恒。（5）物体做简谐运动时，各物理量（如：s、v、a、F、EK、EP）做周期性变化。验证：观察⑥3．判断物体做简谐运动的方法问题：你怎么知道一个物体做的运动是不是简谐运动呢？简谐运动是一类运动，只要回复力满足条件kxF的振动都是简谐运动。强调：kxF是判断物体的振动是不是简谐运动的依据。（1）判断方法：只要回复力满足条件kxF（2）实例分析：偏角不大时，单摆的振动；音叉的振动；水面上漂浮的木块的微小振动等。例题1：试证明在竖直方向的弹簧振子做的也是简谐振运动。证明：设O为振子的平衡位置，向下方向为正方向，此时弹簧形变量为0x，据胡克定律kmgx0，当振子向下偏离平衡位置x时，00)(kxxxkmgF回，所以此振动为简谐运动。拓展：例题2：在水平面上竖直弹跳的篮球；如图，小球在两个相互连接的倾角为的光滑斜面上以O点为中心往复运动。⑥录像27结论1．物体在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动。2．物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动，简谐运动。3．简谐运动的规律（1）kxF；xmka；0E。（2）振动过程中各物理量的变化①物体在向平衡位置运动的过程中，位移回复力，加速度的大小都减小，速度增大，位移方向总是离开平衡位置，回复力、加速度的方向总是指向平衡位置。②物体远离平衡位置的过程中，位移、回复力、加速度的大小都增大，速度减小。位移方向总是离开平衡位置，回复力、加速度的方向总是指向平衡位置。4．我们学习了忽略次要因素，突出主要因素的研究方法——理想化的研究方法。参考文献：[1]人民教育出版社物理室编著．物理第二册教师教学用书．北京：人民教育出版社，2003.[2]人民教育出版社物理室编著．物理第二册（必修加选修）．北京：人民教育出版社，2006.巩固练习：1．做简谐运动的质点通过平衡位置时，具有最大值的物理量是_________；（答案：ＢＤ）。做简谐运动的质点连续通过某一位置（不是最大位置）时，不同的物理量是_________。（答案：B）A．加速度B．速度C．位移D．动能Ｅ．回复力Ｆ．势能2．如图所示为一弹簧振子，设向右为正方向，振子的运动从Ｂ′→Ｏ时，位移为8_______（填“正”或“负”）；加速度的大小由_______变_______，速度大小由______变______(填“大”或“小”).（答案：负，大，小，小，大）布置作业：预备练习：1．在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，下列各组中描述振动的物理量总是相同的是（B）A．速度、加速度、动量和动能B．加速度、动能、回复力和位移C．加速度、动量、动能和位移D．位移、动能、动量和回复力2．当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时，下列说法正确的是（CD）A．振子在振动过程中，速度相同时，弹簧的长度一定相等B．振子从最低点向平衡位置运动过程中，弹簧弹力始终做负功C．振子在振动过程中的回复力由弹簧的弹力和振子的重力的合力提供D．振子在振动过程中，系统的机械能一定守恒教学后记：