普通高中课程标准实验教科书物理选修3-4[人教版]

普通高中课程标准实验教科书—物理选修3－4[人教版]第十一章机械振动全章概述这一章主要讲述机械振动中运动规律最简单、最基本的一种周期性运动——简谐运动。振动的知识在实际中有很多应用（例如心电图、核磁共振仪、地震仪、钟摆等），振动的有关知识也是后面学习波动的基础，所以教学中应引起重视。这一章开始讲述简谐运动的基本特点，然后通过图象介绍简谐运动的运动规律和特点，接下来介绍简谐运动的实例——单摆，最后介绍受迫振动的知识。简谐运动是一种周期性的运动，正确理解简谐运动中各物理量（如周期、频率、振幅等）的确切含义是非常重要的。同下面要学习的波动一样，用图象来描述物体的振动情况是非常重要的手段之一。教材在图象的讲授上较以前有所加强，希望学生能通过图象的学习，较好地理解简谐运动中各物理量的确切含义及其相互间的关系。简谐运动比前面学过的各种运动复杂，定量研究需要较多的数学知识，因而中学阶段不宜作更多的定量计算，希望教学中掌握好要求。新课标要求（1）通过观察和分析，理解简谐运动的特征。能用公式和图像描述简谐运动的特征。例1比较做简谐运动的物体在不同位置所受的力、速度、加速度、动能和势能。例2用两个摆长相同的单摆演示简谐运动的相位差。（2）通过实验，探究单摆的周期与摆长的关系。（3）知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。会用单摆测定重力加速度。（4）通过实验，认识受迫振动的特点。了解产生共振的条件以及在技术上的应用。例3调查生活和生产中受迫振动的应用实例及利用和防止共振的实例。（5）通过观察，认识波是振动传播的形式和能量传播的形式。能区别横波和纵波。能用图像描述横波。理解波速、波长和频率（周期）的关系。（6）了解惠更斯原理，能用其分析波的反射和折射。（7）通过实验，认识波的干涉现象、衍射现象。例4用示波器显示波的叠加。例5观察音叉双臂振动激发的水波干涉现象。（8）通过实验感受多普勒效应。解释多普勒效应产生的原因。列举多普勒效应的应用实例。新课程学习11.1简谐运动★新课标要求（一）知识与技能1、知道什么是弹簧振子，理解振动的平衡位置和位移。2、知道弹簧振子的位移－时间图象，知道简谐运动及其图象。（二）过程与方法通过对简谐运动图象的绘制，认识简谐运动的特点。（三）情感、态度与价值观1、通过对简谐运动图象的绘制，培养认真、严谨、实事求是的科学态度。2、从图像中了解简谐运动的规律，培养分析问题的能力及审美能力（逐步认识客观存在的简洁美、对称美等）。★教学重点理解简谐运动的位移－时间图象。★教学难点根据简谐运动的图象弄清各时刻质点的位移、路程及运动方向。★教学方法实验演示、讨论与归纳、推导与列表对比、多媒体模拟展示★教学用具：一端固定的钢尺、单摆、音叉、小槌、水平弹簧振子、竖直弹簧振子、CAI课件★教学过程（一）引入新课在自然界中有一种很常见的运动，如微风中树枝的颤动、心脏的跳动、钟摆的摆动、水中浮标的上下浮动、担物行走时扁担的颤动、声带的振动、地震时大地的剧烈振动……，这些物体的运动称之为机械振动，简称振动。振动是自然界中普遍存在的一种运动形式。（演示振动实例，建立振动的概念，归纳振动的特点）演示：一端固定的钢尺、单摆、水平和竖直的弹簧振子、穿在橡皮绳上的塑料球、音叉的叉股等物体的振动。问题：这些物体的运动各不相同，运动轨迹有的是直线，有的是曲线；运动方向有的在水平方向，有的在竖直方向；物体各部分的运动情况有的相同、有的不同……，那么它们的运动有什么共同特征呢？归纳：物体振动时有一中心位置，物体（或物体的一部分）在中心位置两侧做往复运动。物体振动时有一个中心位置，如琴弦振动的中心位置就是琴弦静止时或未开始振动时的位置。这个位置称为平衡位置。（1）平衡位置：物体振动时的中心位置，振动物体未开始振动时相对于参考系静止的位置。（2）机械振动：物体在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动，通常简称为振动。（3）振动特点：振动是一种往复运动，具有周期性和往复性。（用多媒体展示振动的几个实例，在多媒体展示过程中强化“平衡位置”和“往复运动”）教师：振动是一种新的运动形式。我们研究问题的方法都是由浅入深、由简到繁的。简谐运动是机械振动中最简单的运动形式，所以我们下面先来研究简谐运动。（二）进行新课1．弹簧振子演示：水平放置的弹簧振子的振动。观察、分析、讨论：①小球原来静止的位置就是平衡位置。小球在平衡位置附近所做的往复运动，是一种机械振动。②小球的运动是平动，可以看作质点。③忽略小球与水平杆之间的摩擦，弹簧的质量与小球质量相比也忽略不计，将小球拉离平衡位置后由静止释放，小球能够自由滑动。这样的系统称为弹簧振子。演示：竖直方向上弹簧振子的振动。（引导学生观察、体会弹簧振子的“平衡位置”和“往复运动”，增强感性认识。）说明：在中学阶段只研究在没有阻力的理想条件下弹簧振子的运动。小球称为振子。弹簧振子是一个理想化的模型，它忽略了一些次要的因素。2．弹簧振子的位移－时间图象教师：要进一步研究弹簧振子的运动规律，我们首先来研究振子的位移如何变化。说明：以小球的平衡位置为坐标原点，沿运动方向建立坐标轴。规定小球在平衡位置右边时，位移为正，在平衡位置左边时，位移为负。教师：用频闪照相的方法来显示振子在不同时刻的位置。［投影］如图11.1－2。思考：如何理解这就是振子的位移时间图象，即x-t图象。学生：思考、讨论。发表见解。因为摄像底片从下向上匀速运动，底片运动的距离与时间成正比。因此，可用底片运动的距离代表时间轴。振子的频闪照片反映了不同时刻，振子离开平衡位置的位移。也就是位移随时间变化的规律。教师：板画，如图所示。引导学生观察振子从A→O→A＇→O→A的一个循环，这一循环可分为四个阶段：A→O、O→A＇、A＇→O、O→A，分析在这四个阶段中振子位移的变化，并将定性分析的结论填入表格中。由A到O运动过程中，位移方向由Ｏ→A，随着振子不断地向O靠近，位移越来越小。振子的运动A→OO→A′A′→OO→A对O点位移的方向怎样？大小如何变化？向右减小向左增大向左减小向右增大总结：振动物体的位移与运动学中的位移含义不同，振子的位移总是相对于平衡位置而言的，即初位置是平衡位置，末位置是振子所在的位置。因而振子对平衡位置的位移方向始终背离平衡位置。3．简谐运动及其图象教师：观察弹簧振子的位移－时间图象，可以发现该图象像数学中学过的何种图象？学生：正弦图线。教师：精确的实验和理论研究表明，弹簧振子的位移随时间按正弦规律变化。像这样，质点的位移随时间按正弦规律变化的振动，叫做简谐运动。简谐运动的位移－时OAA′xx间图象为正弦曲线。简谐运动是机械振动中最简单、最基本的的振动。弹簧振子的运动就是简谐运动。教师：怎样来记录振动的图象呢？演示：在弹簧振子的小球上安装一只绘图笔，让一条纸带在与小球振动方向垂直的方向上匀速运动，笔在纸带上画出的就是小球的振动图象。教师：介绍这种方法在实际中的重要应用。如医院里的心电图仪、地震仪中绘制地震曲线的装置等，都用类似的方法记录振动情况。如图所示。（三）课堂总结、点评物体在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动。弹簧振子是我们学习的又一个理想化的物理模型。忽略小球与水平杆之间的摩擦，弹簧的质量与小球质量相比也忽略不计，这样的系统称为弹簧振子。弹簧振子的位移随时间按正弦规律变化，其位移－时间图象是一条正弦曲线。这样的振动叫做简谐运动。简谐运动是机械振动中最简单、最基本的的振动。★课余作业完成P5“问题与练习”的题目。阅读P4科学漫步中的短文。★教学体会思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。附：教材分析简谐运动是最简单、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，应让学生认真领会这种理想化的方法。简谐运动中振子的“位移”x实质是位置矢量，与运动学中讲的位移矢量不同，中学没有严格区分这两个矢量，我们通俗地说成是相对于平衡位置的位移。偏离平衡位置的位移与运动学中的位移概念容易混淆，这是难点。