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1、第九章 机械振动 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
2、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.单元划分 本章可分为两个单元：第一单元 第一节至第五节，讲述简谐运动，是本章的重点.第二单元 第六、七两节，介绍阻尼振动、受迫振动和共振.（一）简谐运动教学要求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，知道研究简谐运动的意义.说明：1.在
3、研究弹簧振子的振动情况时，忽略了摩擦力和弹簧的质量.这种忽略次要因素、突出主要因素，即理想化的方法是物理学中经常使用的方法(后面在单摆等问题中也用到)，应该让学生认真领会.2.由于回复力的特点，简谐运动中所说的位移，都是相对于平衡位置而言的，这一点在振动的学习中应当提醒学生时刻注意.（二）振幅、周期和频率教学要求：1.知道什么是振幅、周期和频率.2.理解周期和频率的关系.3.知道什么是振动物体的固有周期和固有频率.说明：1.应该使学生比较自然地想到描述周期性的运动必然要用到周期和频率的概念，同时能理解在简谐运动中周期和频率的确切含义.2.简谐运动除用周期、频率这两个做周期性运动共有的物理量来描
4、述外，还要用到振幅这个振动特有的物理量.教学中注意分析各物理量的含义，会对学生深刻地理解物理规律有好处.（三）简谐运动的图象教学要求：1.知道振动图象的物理含义，知道简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线.2.能根据图象知道振动的振幅、周期和频率.说明：1.图象是学习物理的一种重要方法，为了让学生更好地理解振动图象的实质，教材特意用闪光照相的方法描绘振动的图象.这样处理的出发点是想避免以往只用砂摆得出简谐运动的振动图象时，学生易将振动图象中一质点的振动情况和下一章将要学习的波动图象中不同质点的振动情况相混淆的错误.2.为了开阔学生的视野，应多向学生介绍些如课本图98、99所示的振动图象应用的实例，
5、加强学生的应用意识.（四）单摆教学要求：1.知道什么是单摆.2.理解摆角很小时单摆的振动是简谐运动.3.知道单摆的周期跟什么因素有关，了解单摆的周期公式，并能用来进行有关的计算.4.知道用单摆可测定重力加速度.说明：单摆放在简谐运动的图象后面讲授，在学生借助图象对简谐运动有了一定程度的了解后，再将受力和运动情况较为复杂的单摆作为简谐运动的一个特例来研究，可能会更有利于学生学习.单摆的受力和运动情况较弹簧振子的复杂，教学中应该注意使学生领会课本中“在研究摆球沿圆弧运动情况时，可以不考虑与摆球运动方向垂直的力，而只考虑沿摆球运动方向的力”的含义，使学生明确单摆的回复力是沿圆弧切线方向的分力Gsin
6、，不是重力和绳子拉力的合力.在单摆的教学中，注意让学生了解单摆做简谐运动的条件，并体会物理学中常用的近似的方法.单摆的摆角越小，其运动越接近简谐运动.多数书中常给出单摆做简谐运动的条件是摆角小于5，而在实际中摆角小于5的单摆，其运动细节很难观察.因此，课本在测单摆的周期的实验中说明，可在摆角为10的情况下研究单摆的运动情况，此时由于角度近似而引起的相对误差为15%左右，在中学阶段是可以的.(*五)相位教学要求：1.了解简谐运动位移方程中各量的物理含义.2.理解相位的物理意义.说明：1.相位的概念对理解简谐运动及其合成有着非常重要的作用，是后面学习交变电流及波动的基础，教学中应给予充分的重视.同
7、时也应注意，相位的概念比较抽象，学生理解起来可能会有一些难度，教师应根据学生的情况把握好教学要求.2.对一般学生来说，能理解相位的物理意义，识别位移方程中各量的含义就可以了，所以教材对这部分的叙述比较简单，以防止给学生造成过重的负担.如果学生基础好，教师也可以介绍参考圆的方法，帮助学生更深入地理解相位的概念.3.教学中注意和数学相关内容的配合，关于三角函数及相位，高中数学中均有介绍.(六)简谐运动的能量 阻尼振动教学要求：1.知道振幅越大，振动的能量(总机械能)越大.2.对单摆，应能根据机械能守恒定律进行定量计算.3.对水平的弹簧振子，应能半定量地说明弹性势能与动能的转化.4.知道什么是阻尼振
8、动和阻尼振动中能量转化的情况.5.知道在什么情况下可以把实际发生的振动看作简谐运动.说明：1.在复习机械能守恒知识的基础上，应向学生说明：在位移最大时，即动能为零时，单摆的振幅最大，重力势能最大；水平弹簧振子的振幅越大，弹性势能越大.因此，振幅越大，振动的能量越大.2.竖直的弹簧振子，涉及弹性势能、重力势能、动能三者的转化，不要求从能量的角度对它进行分析.3.简谐运动是一种理想化模型，实际中发生的振动都要受到阻尼的作用.如果阻尼很小，振动物体受到的回复力大小与位移成正比，方向与位移相反，则物体的运动可以看作是简谐运动.这种将实际问题理想化的方法，应注意让学生领会.(七)受迫振动 共振教学要求：1.知道什么是受迫振动，知道受迫振动的频率等于驱动力的频率.2.知道什么是共振以及发生共振的条件，知道共振的应用和防止的实例.说明：1.教学中应该充分发挥实验的作用，使学生理解物体在做受迫振动时其频率跟驱动力频率的关系，以及受迫振动的频率与物体固有频率接近时，振动的特点.2.在做共振实验时，也可以用如下的实验代替课本中图9-33的实验.即在同一块薄木板上固定许多长度不同，但质地、粗细相同的小木棒，振动其中的一个，观察其他小木棒哪一个振动得最剧烈.3.注意引导学生多思考一下共振在实际中的应用(如乐器的共鸣箱等)以及避免共振的做法，培养学生理论联系实际的能力和习惯.
