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1、教材分析大港一中大港一中 王春龙王春龙 人们习惯于按照物质运动的形态，把经典物人们习惯于按照物质运动的形态，把经典物理学分成力（包括声）、热、电、光等子学科。理学分成力（包括声）、热、电、光等子学科。然而，某些形式的运动是横跨所有这些学科的，然而，某些形式的运动是横跨所有这些学科的，其中最典型的要算振动和波了。在力学中有机械其中最典型的要算振动和波了。在力学中有机械振动和机械波，在电学中有电磁振荡和电磁波，振动和机械波，在电学中有电磁振荡和电磁波，声是一种机械波，光则是一种电磁波。在近代物声是一种机械波，光则是一种电磁波。在近代物理中更是处处离不开振动和波，仅从微观理论的理中更是处处离不开振动
2、和波，仅从微观理论的基石基石量子力学又称波动力学这一点就可看出，量子力学又称波动力学这一点就可看出，振动和波的概念在近代物理中的重要性了。尽管振动和波的概念在近代物理中的重要性了。尽管在物理学的各分支学科里振动和波的具体内容不在物理学的各分支学科里振动和波的具体内容不同，在形式上它们却具有极大的相似性。所以，同，在形式上它们却具有极大的相似性。所以，振动和波振动和波的意义绝不局限于力学，它将为学习整的意义绝不局限于力学，它将为学习整个物理学打基础。个物理学打基础。 第十一章第十一章 机械振动机械振动教材分析教材分析新课标要求新课标要求 （1）通通过过观观察察和和分分析析，理理解解简简谐谐运运动
3、动的的特特征征。能能用用公公式和图像描述简谐运动的特征。式和图像描述简谐运动的特征。 例例1 比比较较做做简简谐谐运运动动的的物物体体在在不不同同位位置置所所受受的的力力、速速度、加速度、动能和势能。度、加速度、动能和势能。 例例2 用两个摆长相同的单摆演示简谐运动的相位差。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。）通过实验，探究单摆的周期与摆长的关系。 （3）知知道道单单摆摆周周期期与与摆摆长长、重重力力加加速速度度的的关关系系。会会用用单摆测定重力加速度。单摆测定重力加速度。 （4）通通过过实实验验，认认识识受受迫迫振振动动的的特特点点。了了
4、解解产产生生共共振振的条件以及在技术上的应用。的条件以及在技术上的应用。 例例3 调查生活和生产中受迫振动的应用实例及利用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。和防止共振的实例。 新、旧教材对比新、旧教材对比l人教版人教版 (必修加选修必修加选修)一、简谐运动一、简谐运动二、振幅、周期和频率二、振幅、周期和频率三、简谐运动的图像三、简谐运动的图像阅读材料阅读材料 乐音和音阶乐音和音阶四、单摆四、单摆五、相位五、相位阅读材料阅读材料 月相月相六、简谐振动的能量六、简谐振动的能量 阻尼振阻尼振动动七、受迫振动七、受迫振动 共振共振l人教版人教版 选修选修 34一、简谐运动一、简
5、谐运动二、简谐运动的描述二、简谐运动的描述科学漫步科学漫步 月相月相 乐音和音阶乐音和音阶做一做做一做:用计算机观察声音的用计算机观察声音的波形波形三、简谐运动的回复力和能量三、简谐运动的回复力和能量四、单摆四、单摆五、外力作用下的振动五、外力作用下的振动科学漫步科学漫步:生活中的共振现象生活中的共振现象全章概述全章概述 与原教材相比，本章内容没有太大变化，但新增加了相位与原教材相比，本章内容没有太大变化，但新增加了相位的概念以及相关定义的改变，教学中要注意。的概念以及相关定义的改变，教学中要注意。 这一章主要讲述机械振动中运动规律最简单、最基本的一这一章主要讲述机械振动中运动规律最简单、最基
6、本的一种周期性运动种周期性运动简谐运动。振动的知识在实际中有很多应用简谐运动。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（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。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单摆，最后介绍受迫振动的知识。
7、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）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。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，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。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
8、究需要较多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。中掌握好要求。 教材分析和教学建议教材分析和教学建议课时分配课时分配一、简谐运动（一、简谐运动（1课时）课时）二、简谐运动的描述（二、简谐运动的描述（2课时）课时）三、简谐运动的回复力和能量（三、简谐运动的回复力和能量（1课时）课时） 习题课（习题课（12课时）课时）四、单摆（内容四、单摆（内容1课时、实验课时、实验1课时）课时）五、外力作用下的振动（五、外力作用下的振动（1课时）课时） 各章节教材分析和教学建议各
9、章节教材分析和教学建议教学重点、难点教学重点、难点 理解简谐运动的位移时间图理解简谐运动的位移时间图象象 ，根据简谐运动的图象弄清各时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。刻质点的位移、路程及运动方向。 一 、简谐运动简谐运动教学建议教学建议1：介绍、生活中的一些振动的例子，找出：介绍、生活中的一些振动的例子，找出共同点，点出机械振动的定义。共同点，点出机械振动的定义。2、介绍弹簧振子概念，突出这是一种理想、介绍弹簧振子概念，突出这是一种理想模型和常用物理方法模型和常用物理方法3、通过实验分析、通过实验分析弹簧振子的位移时间图弹簧振子的位移时间图象象 n用频闪照相（重叠照片）
10、研究弹簧振子位用频闪照相（重叠照片）研究弹簧振子位移随时间变化的规律移随时间变化的规律拟合法拟合法验证法验证法4.得出简谐运动的定义得出简谐运动的定义（运动学定义）：（运动学定义）： 质点的位移随时间按正弦规律变化的振动，质点的位移随时间按正弦规律变化的振动，叫做简谐运动叫做简谐运动介绍：介绍：简谐运动与匀速圆周运动的关系简谐运动与匀速圆周运动的关系二、简谐运动的描述简谐运动的描述教学重点、难点教学重点、难点1.简谐运动的振幅、周期和频率的概念简谐运动的振幅、周期和频率的概念 。振振幅和位移的联系和区别幅和位移的联系和区别.。2.了解相位了解相位, ,初相和相位差概念。初相和相位差概念。 3.
11、能运用图象、公式描述简谐运动。能运用图象、公式描述简谐运动。 教学建议教学建议1.振幅（振动能量）和频率、周期（振振幅（振动能量）和频率、周期（振动快慢）动快慢） 让学生明确确切含义，并讲让学生明确确切含义，并讲清楚一次全振动确切过程。清楚一次全振动确切过程。2.相位相位:表示振动的状态表示振动的状态 相位的概念对理解简谐运动及其合成有着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，是学习交变电流及波动的基非常重要的作用，是学习交变电流及波动的基础，教学中应给予充分的重视础，教学中应给予充分的重视.同时也应注意，同时也应注意，相位的概念比较抽象，学生理解起来可能会有相位的概念比较抽象，学
12、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一些难度，教师应根据学生的情况把握好教学要求要求. n(1)简谐运动的振动方程：简谐运动的振动方程：n(2)圆频率：圆频率：n(3)相位的定义：我们把振动方程中正弦（或余弦）相位的定义：我们把振动方程中正弦（或余弦）函数符号后面相当于角度的量函数符号后面相当于角度的量 ，叫做振动的相，叫做振动的相位，相位也叫位相、周相，或简称为相位，相位也叫位相、周相，或简称为相n【注意注意】同一个振动用不同函数表示时相位不同同一个振动用不同函数表示时相位不同n（1）相位）相位 是随时间变化的一个变量是随时间变化的一个变量n（2）t0时的相位时的相位
13、叫做初相位，简称初相叫做初相位，简称初相n（3）相位每增加）相位每增加 ，就意味着完成了一次全振动，就意味着完成了一次全振动3.简谐运动的表达式简谐运动的表达式 直接引入简谐运动表达式，下面的图很有用，直接引入简谐运动表达式，下面的图很有用，可以引导学生和学过的交流电表达式进行类比，可以引导学生和学过的交流电表达式进行类比，加深印象。加深印象。(1)同相：同相：相位差相位差为零，一般地为为零，一般地为=2n (n=0,1,2,)(2)反相：反相：相位差相位差为为 ，一般地为，一般地为 =(2n+1) (n=0,1,2,)4. ( 2- - 1)叫叫相位差相位差(两个具有相同频率两个具有相同频率
14、的简谐运动的的简谐运动的初相之差初相之差).对频率相同的对频率相同的两个简谐运动有确定的相位差两个简谐运动有确定的相位差三、简谐运动的回复力和能量三、简谐运动的回复力和能量教学重点、难点教学重点、难点1.通通过过弹弹簧簧振振子子的的运运动动情情况况分分析析，理理解解简简谐运动的定义、条件。谐运动的定义、条件。2.理理解解回回复复力力的的概概念念, 理理解解简简谐谐运运动动回回复复力力的特点。的特点。3.3.了解简谐运动中能量的转化。了解简谐运动中能量的转化。 教学建议教学建议1.简谐运动的回复力简谐运动的回复力 对于简谐运动的动力学定义，可以的话对于简谐运动的动力学定义，可以的话可以让学生证明
15、一两个简谐运动。可以让学生证明一两个简谐运动。例题例题:如图所示，质量为如图所示，质量为m的物体通过劲度系数为的物体通过劲度系数为k的弹簧的弹簧相连，悬吊在天花板上相连，悬吊在天花板上.现将物体稍向下拉，然后释现将物体稍向下拉，然后释放，试判断物体的振动是否为简谐运动放，试判断物体的振动是否为简谐运动解：设物体静止时拉伸弹簧长度为解：设物体静止时拉伸弹簧长度为x0,又向下拉伸距又向下拉伸距离为离为x1,取向竖直向下为正方向取向竖直向下为正方向.F0-kx0=-mgF=-k(x0+x)=-mg-kxF回回=-F+mg =- (mg+kx)+mg=-kx所以物体的振动是简谐运动所以物体的振动是简谐
16、运动OOAxOOxoGFoGF2.简谐运动的能量简谐运动的能量 以水平弹簧振子理想模型为例，结合以水平弹簧振子理想模型为例，结合实物图，图表分析，完全可以让学生自主实物图，图表分析，完全可以让学生自主完成，得出一个周期内能量怎样转化，意完成，得出一个周期内能量怎样转化，意识到机械能的守恒。识到机械能的守恒。使学生能充分理解振动中的物理量A AO OO OO OB BB BBOBOO OOAOA位移位移位移位移x x大小大小大小大小方向方向方向方向回复力回复力回复力回复力F F大小大小大小大小方向方向方向方向加速度加速度加速度加速度a a大小大小大小大小方向方向方向方向速度速度速度速度v v大小
17、大小大小大小方向方向方向方向动能动能动能动能弹性势弹性势弹性势弹性势能能能能机械能机械能机械能机械能四、单摆四、单摆教学重点、难点教学重点、难点1.知道单摆及单摆做简谐运动的条件与特征。知道单摆及单摆做简谐运动的条件与特征。2.通通过过实实验验，探探究究单单摆摆的的周周期期与与摆摆长长的的关关系系，知知道道单单摆摆的的周周期期公公式式，并并能能用用来来进进行行有有关关的的计算。计算。3. .会用单摆测定重力加速度。会用单摆测定重力加速度。 教学建议教学建议1.单摆单摆 （1 1）让学生理解单摆是理想模型。）让学生理解单摆是理想模型。 （2 2）单摆作简谐运动，需要一定的近似条件（小角度）单摆作
18、简谐运动，需要一定的近似条件（小角度下的摆动）让学生了解单摆做简谐运动的条件，并体下的摆动）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会物理学中常用的近似的方法当当 很小时：很小时：单摆振动的回复力大小：单摆振动的回复力大小：2.单摆的周期（分组实验）单摆的周期（分组实验） （1 1）可以提出问题：决定单摆振动的周期的）可以提出问题：决定单摆振动的周期的因素有哪些因素有哪些? ?让学生进行猜想让学生进行猜想 。然后通过对。然后通过对比实验得出结论。比实验得出结论。 （2）对于书上）对于书上“探究单摆周期与摆长的关系探究单摆周期与摆长的关系”可以让学生在实验可以让学生在实验得
19、出数据得出数据猜想猜想结论结论计算、验证猜想过程中体会物理规计算、验证猜想过程中体会物理规律得出的一般步骤。律得出的一般步骤。AL m g mL g AL g A mg L A m与振幅无关与振幅无关与摆球质量无关与摆球质量无关与摆长有关与摆长有关与重力加速度有关与重力加速度有关改变因素改变因素控制因素控制因素结论结论 单摆振动周期与摆长单摆振动周期与摆长L L、振幅、振幅A A、摆球质、摆球质 量量m m 、重力加速度、重力加速度g g间的关系间的关系（等时性）（等时性）探究探究（L长长 T大）大）控制变量法控制变量法g大大 T小小3.实验：用单摆测定重力加速度实验：用单摆测定重力加速度可先
20、由教师做实验，定性确定影响周期的因素；可先由教师做实验，定性确定影响周期的因素；然后由学生做实验，定量探究周期然后由学生做实验，定量探究周期T与摆长与摆长L的关系。的关系。要说明两点要说明两点（1）再次遇到通过作图判断两个量的关系的方）再次遇到通过作图判断两个量的关系的方法（不是线性化成线性关系）法（不是线性化成线性关系）（2）科学方法）科学方法在惠更斯年代，周期公式不在惠更斯年代，周期公式不是推导出来的，也不是单纯实验数据的归纳，是推导出来的，也不是单纯实验数据的归纳，但实验的启示十分重要。但实验的启示十分重要。五、 外力作用下的振动外力作用下的振动教学重点难点教学重点难点1.1.阻尼振动中
21、的能量转化。阻尼振动中的能量转化。 2.2.物体发生共振决定于驱动力的频率与物体固物体发生共振决定于驱动力的频率与物体固有频率的关系，与驱动力大小无关。有频率的关系，与驱动力大小无关。3.当当驱驱固固时，物体做受迫振动的振幅最大。时，物体做受迫振动的振幅最大。 4.振动的分类振动的分类教学建议教学建议1.1.教学中应该充分发挥实验的作用，使学生理解物体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。迫振动的频率与物体固有频率接近时，振动的特点。2.2.记住共振图
22、线对于学生更好了解共振是记住共振图线对于学生更好了解共振是有好处的。有好处的。3.注意引导学生多思考一下共振在实际中的注意引导学生多思考一下共振在实际中的应用应用(如乐器的共鸣箱等如乐器的共鸣箱等)以及避免共振的以及避免共振的做法，培养学生理论联系实际的能力和习做法，培养学生理论联系实际的能力和习惯。惯。共鸣箱共鸣箱军队过桥便步走，火车过桥慢行军队过桥便步走，火车过桥慢行 1831年，一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座年，一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座便桥时，由于马蹄节奏整齐，桥梁发生共振而断便桥时，由于马蹄节奏整齐，桥梁发生共振而断裂。裂。 1940年，美国的全长年，美国的全长860米的塔柯姆大桥米的塔柯姆大桥在建成后的在建成后的4个月就因风共振而倒塌个月就因风共振而倒塌
