第九章第三节简谐运动的图象.doc

第九章第三节 简谐运动的图象授课人：江西省安福中学 伍海华教学目标（一）知识与技能1 知道简谐运动图象的特征。2理解简谐运动的图象的物理意义，能从图象上得出振动的振幅、周期以及质点在任意时刻偏离平衡位置的位移等。3会用匀速拖动记录纸的方法记录物体振动。（二）过程与方法1让学生经历简谐运动图象的建立与认识过程，使学生掌握实验过程中应用的一些具体方法；2通过对心电图的记录分析，掌握解决实际问题的方法。3通过用实验贯穿于整节的教学，让学生经历实验的设计与实验的实施，培养学生的创新实践能力；（三）情感态度与价值观1让学生能够感受科学源于生活，感受实验设计的乐趣，增强学习兴趣；2学生能够自主、积极、热情地参与讨论，敢于想象、发表自己的意见；3学生在学习过程中养成理论联系实际的学习习惯，培养辩证唯物主义观点。教学重点与难点1 用“实验分析法”建立 “简谐运动图象是一条正弦（或余弦）曲线”的假说；2 用实验验证“简谐运动图象是一条正弦（或余弦）曲线”；3 简谐运动图象的物理意义。教学过程一、 观察思考、发现问题图1（出示 “福娃贝贝”，组织学生做一个小游戏：应用相机的“自拍”功能给福娃贝贝拍照）游戏方法：如图1，将“福娃贝贝”固定在竖直的弹簧振子上，并让弹簧振子振动起来，让学生用数码相机的“自拍”功能对其拍照，若所拍得的照片福娃贝贝的左脚刚好立于横杆之上（如图2）者为胜。图2请学生谈谈取胜的经验（或分析失败的原因）：关键在于相机“咔嚓”一响时，福娃贝贝左脚刚好立于横杆上。而从摁下快门到“咔嚓”响有一段时间，这段时间称为延迟时间。因此，必须根据延迟时间及振子（福娃贝贝）的振动规律，恰当地选择好摁快门的时刻。从中我们可以认识到：若要取胜必须了解“福娃贝贝（即振子）”在任意时刻偏离平衡位置的位移，并且在坐标系中将这一规律表示出来更为直观。我们用图象来描述物体做简谐运动的规律，这就是今天要研究的简谐运动的图象。（引入课题）这一表示做简谐运动的物体的位移与时间关系的图象，叫做振动图象，也称作振动曲线，它可以用来反映作简谐运动的物体的运动规律。二、分析讨论、提出假设简谐运动位移与时间关系图象又是一个什么样的曲线呢？下面我们进一步来研究这个问题。1验证实验的导入师 ：简谐运动的图象就是要将振动物体不同时刻的位置记录下来，该这样才能做到这一点呢？图3（教师在黑板上平摊一张纸板做两次启发：一是右手用粉笔上下振动，左手按住纸板不动；二是右手用粉笔上下振动，左手向左侧拖动纸板，使学生看到前者纸板上留下粉笔的痕迹重叠而后者不会出现重叠现象，从而引发学生联想到图3所示的实验装置，并进行演示。）2实验装置的改进与创新师：该装置演示过程中，有何缺点或不足之处呢？ 图3甲中1为铁架台、2为弹簧、3为记录纸、4为振动小球、5为带夹的导轨滑轮、6为图纸导轨、7为固定铁夹、8为小电动机（绕在电动机的转轴上的细线带动记录纸向左移动）、9为细线；图3乙中1为图纸导轨、2为注射器、3为记录纸、4为带有一段软管的一次性注射器针头、5为直尺、6为铁架台。甲（正面）乙（侧面）图4（引发学生设计出图4所示的简谐运动的图象实验装置。可以说这个装置比教材给出的实验装置（即图3）有较大的创新，但如果只直接拿出来演示，其功能与图5实验装置相当，也不过是让学生看到了简谐运动的图象为正弦或余弦曲线。如果教学实施过程中，教师注重引导学生自主分析原装置中存在的弊端，注意引导学生自行设计：将水平面内完成的实验变化为竖直面上来完成，同时把水平杆上的弹簧振子改为竖直两弹簧连接；把记录笔换成带一次性注射针头的注射器喷射墨水记录；利用直尺的杠杆作用将小球的振动幅度放大等。使学生感受创新活动的整个过程，体验创新的无穷乐趣。教师同时突出其中的物理方法机械放大法， 显化应用过的“联想”等创新技法，该实验的教育教学功能就大大增强。）3验证实验的操作（请几位同学上讲台来协助完成本实验）4大胆猜测、建立假说师：通过刚才的模拟，我们得到的曲线是按什么规律变化的曲线呢？（课堂气氛活跃，学生争先恐后发言）生：所有简谐运动的图线都是正弦或余弦曲线。三、创新设计、实验验证师：上面仅仅是我们的大胆猜测，那么如何给予证明呢？生：可以用实验来验证。1频闪照相研究方法的导入：AOA图5引导学生分析，为避免小球像的重叠现象，可在球固定一指针，同时照相时用两张不同底分别拍下从左往右和从右往左的两个半周期。即：照相时，在同张底片上拍下振子从左到右运动的半个周期内的像，然后在另一张底片上拍下振子从右向左运动的半个周期内的像。这样有利于减少像的重叠，以便于确定小球的球心位置，测出相应时刻小球相对于平衡位置的位移。由此可见，如果实验条件控制得好，此法仍然可行。那么，为了进一步了解简谐运动的规律，下面用“闪光照相法”开始我们的实验研究吧！（用频闪照相法分析简谐运动图象）2频闪照相的实验操作：让一气垫上的弹簧振子在简谐运动，当振子从左向右运动时，用频闪照相机连续七次曝光，得到一张照片；当振子从右向左运动时，再用频闪照相机连续七次曝光，得到另一张照片。3频闪照片的分析与处理：师：下面我们对频闪照相进行分析和处理，那么采取什么方法呢？生：可以应用列表法来记录数据，用图象法来处理数据。师：对！列表法和图象法也是实验数据记录与处理常用的方法，在知识学习的同时，我们也应该重视方法的掌握。下面我们对照片进行测量，并将测得的数据填入事先设计好的表格中（规定取水平向右的方向作为位移的正方向，周期T=1.33s）（让学生对教材25页的图9-4乙、丙进行测量）第一个半周期时间t/s0to2to3to4to5to6to位移x/mm第二个半周期时间t/s6to7to8to9to10to11to12to位移x/mmtxO图6师：下面我们用图象法来处理以上数据。首先应该建立好坐标系，那么它的横坐标与纵坐标分别表示什么物理意义？如何来获得图线呢？生：横坐标表示时间，纵坐标表示振子相对于平衡位置的位移。画图线时，可应用数学中的“先描点再连线”的方法。（让学生自行作图，验证到简谐运动的图象为正弦或余弦曲线。）四、归纳概括、知识发展1简谐运动的图象（1）简谐运动的位移时间图象通常称为振动图象，也叫振动曲线。（2）所有简谐运动的振动图象都是正弦或余弦曲线。2分析简谐运动的图象例题1 图7是一做简谐运动物体的位移时间图象，请同学们根据此图求出：（1）振幅A； （2）周期T； t/sx/cmO图70.51.01.52.02.53.06.0-6.0（3）当时它的位移；（4）试分析t1=0.5s和t2=1.0s时，速度和以及加速度和的大小，标出它们的方向。（5）在t3=1.25s和t4=1.75s时刻，具有相同物理量的是（ ）A位移 B速度C加速度 D回复力（答案：A=6cm；T=2s；约4.2cm；略；B）（同时板书简谐运动图象的物理意义：（1）振幅A；（2）周期T；（3）振子在任意时刻的位移大小和方向；（4）任意时刻振子的速度方向及比较任意两时刻的速度大小；（5）任意时刻振子的加速度方向及比较任意两时刻的加速度大小；（6）任意时刻振子的回复力方向及比较任意两时刻的回复力大小；）五、注重实践、发展能力3应用（1）医院里的心电图仪（2）监测地震的地震仪 图8例2 人心电图的出纸速度（纸带移动的速度）是2.5cm/s，录下的某人的心电图如图8所示（图纸上每小格边长为1mm，每大格边长为5mm）则：此人的心率为次/分；若此人血压为1.5104Pa（可看作心脏压送血液的平均压强），其心脏每跳一次平均输送血液80mL，心脏做功的平均功率是。参考答案：（1）75次/分（2）1.5瓦s1s2图9例3 某同学在进行“研究弹簧振子的周期和小球质量的关系”课题实验时，利用如图3所示装置进行了如下的实验：让弹簧振子穿过一光滑的水平横杆，在弹簧振子的小球上安装一枝笔，下面放一条纸带。当小球振动时，垂直于振动方向以恒定的加速度拉动纸带，加速度大小为a，这时笔在纸带上画出如图9所示的一条曲线，请根据图乙中所测得的长度s1、s2，写出计算弹簧振子振动周期的表达式：T=_。 图 16甲参考答案：4、研究性学习课题振动记录方法在物理实验中的应用研究的给出：师：在没有计时仪器的情况下，能否用上述方法测量弹簧振子的振动周期？可以的话，该如何测量？生：把加速的纸带换成一块长