高二物理人教版选修34简谐运动

简谐运动 重/难点 重点：偏离平衡位置的位移与位移的概念容易混淆；在一次全振动中速度的变化。简谐运动的位移时间图像。 难点：简谐运动的位移时间图像。 重/难点分析 重点分析：简谐运动中质点的位移一律指的是偏离平衡位置的位移。很多同学对这个知识点视而不见听而不闻 ,原因是位移的知识点在学生看来太过简单 ,并且想当然地在头脑中默认为还是指初末两点之间直线的距离。在简谐运动中速度和位移的变化循环往复。为了描述的简单和研究的方便我们发现质点做简谐运动的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律 ,即它的振动图像是一条正弦曲线。 难点分析：简谐运动的位移时间图像不是质点的运动轨迹图 ,教师可以从多角度多方位阐释位移与时间图像的来源及作用。最后到达使学生能正确使用和分析振动图像的目的。 突破策略 回忆学过的运动 ,分析受力特点： 同学们 ,前面我们已经学过了一些运动 ,下面我罗列了几种典型的运动 ,请大家回忆一下它们各自的受力特点： 运动 受力特点 力大小变化情况 与速度的方向关系 匀速直线运动 匀变速直线运动 匀变速曲线运动 匀速圆周运动 …… 我们可以看到 ,每一种运动对应着不同的受力特点。 由此可知 ,物体的运动跟它的受力有关 ,换句话说：我们可以通过控制力来控制物体的运动。 一、引入 今天来看这样一些运动： 【演示】 a、小车做直线运动 b、单摆的摆动 观察并比拟上述两种运动：小车做的是直线运动 ,没有往复 ,而摆球做的是往复运动。日常生活中还存在着一类较复杂的运动。 二、新课教学 1. 类似单摆的复杂运动也是比拟常见的。 【演示小实验】 〔1〕单摆 〔2〕锯条 〔3〕弹簧振子 〔4〕树枝的摇摆 下面通过多媒体课件来看看这样一些运动。 2.【课件展示】 〔1〕弹簧振子 〔2〕单摆 思考上述运动有怎样的一些特点？ 【学生总结上述运动的特点】 〔1〕运动有对称性：即物体在一中心位置两侧运动。 中心位置-----平衡位置-----受力不一定平衡 〔2〕运动有重复性：即物体在平衡位置两侧往复运动。 【请学生举几个类似的运动】 〔1〕突发的地震 〔2〕钟摆的摆动 〔3〕音叉的振动 〔4〕担物行走时扁担的颤抖〔5〕建筑工地上使用的振动棒的振动 振动在自然界中是广泛存在的 ,有的振动可用来为我们效劳 ,有的那么给我们带来灾难 ,所以学习有关振动的知识 ,控制和应用振动是十分必要的。 3．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 ,简称振动。 机械振动通常都比拟复杂 ,而研究复杂问题的根本思路是从最简单、最根本的入手 ,所以在高中阶段我们的学习从最简单、最根本也是最重要的振动着手 ,我们从水平方向振动的弹簧振子入手来研究。 4. 弹簧振子 出示实际弹簧振子：指出缺乏——进行理想化抽象 实验装置理想化处理：阻力可以忽略不计 ,弹簧质量远小于小球质量。 【实验演示】汽垫导轨上的弹簧振子。 【课件演示】弹簧振子〔理想化模型〕的振动 演示、观察弹簧振子的运动 现象：〔1〕振子在平衡位置O两侧往复运动〔2〕最大位置的平衡位置的距离相等〔3〕从最大位置向平衡位置做加速运动 ,从平衡位置向最大位置做减速运动。 弹簧振子为什么这样运动？我们知道物体的运动跟它的受力有关 ,下面我们对振子的受力进行分析。 请同学们分析振子在平衡位置的受力。 重力、支持力 ,合力为零 把小球拉到A点 ,松手后的瞬间 ,小球受哪些力的作用？将向什么方向运动？ 小球受重力、支持力和弹簧拉力〔指向平衡位置O〕作用 ,合力即为弹簧拉力 ,向平衡位置运动。 小球由A向O及由O向运动过程中在任一位置受力怎样？做加速运动还是减速运动？ 小球受重力、支持力和弹簧拉力〔指向平衡位置O〕作用 ,合力即为弹簧拉力 ,方向始终指向平衡位置 ,使振子向平衡位置做加速运动 ,离开平衡位置做减速运动。 在这里 ,弹簧弹力方向始终指向平衡位置 ,与物体离开平衡位置的位移方向相反 ,它的作用是能使振子返回平衡位置。 弹簧振子在回复力作用下做往复运动 ,我们怎样来描述这样的一个运动？〔提示：描述一种运动可以从几个物理量着手〕 5. 简谐运动及其图象——振动图象 我们把类似弹簧振子的运动叫简谐运动。在研究机械振动时 ,我们把偏离平衡位置的位移简称为位移。简谐运动的振动图象是一条什么形状的图线呢？简谐运动的位移指的是什么位移？〔相对平衡位置的位移〕 【演示】当弹簧振子振动时 ,沿垂置于振动方向匀速拉动纸带 ,毛笔P就在纸带上画出一条振动曲线。 说明：匀速拉动纸带时 ,纸带移动的距离与时间成正比 ,纸带拉动一定的距离对应振子振动一定的时间 ,因此纸带的运动方向可以代表时间轴的方向 ,纸带运动的距离就可以代表时间。 介绍这种记录振动方法的实际应用例子：心电图仪、地震仪。 理论和实验都证明：〔1〕简谐运动的振动图象都是正弦或余弦曲线。 让学生思考后答复：振动图象在什么情况下是正弦 ,什么情况下是余弦？〔由开始计时的位置决定〕 例1. 劲度系数为20N／cm的弹簧振子 ,它的振动图象如下图 ,在图中A点对应的时刻〔 〕 A． 振子所受的弹力大小为0．5N ,方向指向x轴的负方向 B．振子的速度方向指向x轴的正方向 C． 位移方向跟速度方向相反 D。在0～4s内振子通过的路程为0．35cm ,位移为0 解析：由图可知A在t轴上方 ,位移x＝0．25cm ,所以弹力F＝－kx＝－5N ,即弹力大小为5N ,方向指向x轴负方向 ,选项A不正确；由图可知过A点作图线的切线 ,该切线与x轴的正方向的夹角小于90° ,切线斜率为正值 ,即振子的速度方向指向x轴的正方向 ,选项B正确。由图可看出 ,位移方向跟速度方向相同选项C错误。由于t＝0时刻和t＝4s时刻振子都在最大位移处 ,所以在0～4s内振子的位移为零 ,又由于离开平衡位置的最大距离为0．5cm ,在0～4s内振子完成了2次全振动 ,所以在这段时间内振子通过的路程为2×4×0．50cm＝4cm ,应选项D错误。综上所述 ,该题的正确选项为B。 突破反思 为了使学生在学习中感到轻松愉悦 ,对将要学习的新知识充满期待和好奇 ,本次课关于机械振动观念的得出 ,采用实验演示、多媒体展示、学生举例、归纳等综合教法。关于弹簧振子和简谐运动规律的教学 ,采用多媒体展示 ,结合运动学、动力学相关知识 ,列表等教学方法。 5 / 55 / 55 / 5