高中物理 11.3《简谐运动的回复力和能量》教案 新人教版选修3-41

第三节 简谐运动的回复力和能量【教学目标】一、知识目标 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，应能定量地说明弹性势能与动能的转化；4.知道简谐运动的回复力特点及回复力的来源。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。二、能力目标1.分析单摆和弹簧振子振动过程中能量的转化情况，提高学生分析和解决问题的能力。2.通过阻尼振动的实例分析，提高处理实际问题的能力。三、德育目标1.简谐运动过程中能量的相互转化情况，对学生进行物质世界遵循对立统一规律观点的渗透。2.振动有多种不同类型说明各种运动形式都是普遍性下的特殊性的具体体现。【教学重点】1.对简谐运动中能量转化和守恒的具体分析。 2.什么是阻尼振动。【教学难点】关于简谐运动中能量的转化。【教学过程】一、导入新课1.演示：取一个单摆，将其摆球拉到一定高度后释放，观察它的单摆摆动，最后学生概括现象；2.现象：单摆的振幅会越来越小，最后停下来。3.教师讲解引入：实际振动的单摆为什么会运动，又为什么会停下来，今天我们就来学习这个问题。板书：简谐运动的回复力与能量二、新课教学1. 简谐运动的回复力弹簧振子振动时，回复力与位移是什么关系？归纳根据胡克定律，弹簧振子的回复力与位移成正比，与位移方向相反。回复力具有这种特征的振动叫简谐运动。 物体在跟位移大小成正比，并且总指向平衡位置的力作用下的振动，叫做简谐运动。F=-kx式中F为回复力；x为偏离平衡位置的位移；k是常数，对于弹簧振子，k是劲度系数，对于其它物体的简谐运动，k是别的常数；负号表示回复力与位移的方向总相反。弹簧振子的振动只是简谐运动的一种。2简谐运动的能量(1)水平弹簧振子在外力作用下把它拉伸，松手后所做的简谐运动。不计阻力。单摆的摆球被拉伸到某一位置后所做的简谐运动；如下图甲、乙所示(2)试分析弹簧振子和单摆在振动中的能量转化情况，并填入表格。表一：振子的运动AOOAAOOA能量的变化动能增大减少增大减少势能减少增大减少增大总能不变不变不变不变表二：单摆的运动AOOAAOOA能量的变化动能增大减少增大减少势能减少增大减少增大总能不变不变不变不变(3)学生讨论分析后，抽代表回答，并把结果填入表中。(4)用实物投影仪出示思考题：弹簧振子或单摆在振幅位置时具有什么能?该能量是如何获得的?振子或单摆在平衡位置时具有什么能?该能量又是如何获得的?为什么在表格的总能量一栏填不变? 2.阻尼振动上边我们研究了简谐运动中能量的转化，对简谐运动而言，一旦供给振动系统以一定的能量，使它开始振动，由于机械能守恒，它就以一定的振幅永不停息地振动下去，所以简谐运动是一种理想化的振动.下边我们来观察两个实际振动。(2)演示：实际的单摆发生的振动。敲击音叉后音叉的振动。(3)学生描述观察到的现象：单摆和音叉的振幅越来越小，最后停下来。(4)讨论并解释现象在单摆和音叉的振动过程中，不可避免地要克服摩擦及其他阻力做功，系统的机械能就要损耗，振动的振幅就会逐渐减小，机械能耗尽之时，振动就会停下来了。(5)要求学生画出上述单摆和音叉的运动图象：(6)教师总结：由于振动系统受到摩擦和其他阻力，即受到阻尼作用，系统的机械能随着时间而减少，同时振幅也逐渐减小，这样的振动叫阻尼振动。阻尼过大时，系统将不能发生振动；阻尼越小，振幅减小得越慢。四、小结通过本节课的学习，我们知道了：1.振动物体都具有能量，能量的大小与振幅有关。振幅越大，振动的能量也越大。2.对简谐运动而言，振动系统一旦获得一定的机械能，振动起来，这一个能量就始终保持不变，只发生动能与势能的相互转化。3