人教版选修34 简谐运动 第1课时 教案.doc

11.1简谐运动一、教学目的1、知识与能力：（1）认识弹簧振子（2）通过观察和分析，理解简谐运动的位移时间图像是一条正弦曲线，培养分析和概括能力；2、过程与方法：经历对简谐运动运动学特征的探究过程，加深领悟用图像描绘运动的方法； 3、情感、态度、价值观：培养学习物理的兴趣，陶冶热爱生活的情操。二、教学重点：简谐运动位移时间图像的建立及图像的物理含义三、教学难点：简谐运动位移时间图像的建立四、教具：水平弹簧振子、竖直弹簧振子、单摆、振铃、托盘天平、物体平衡仪、音叉、乒乓球等。五、教学过程引入今天我们开始学习第十一章机械振动，第一节 简谐运动（板书）。首先请大家欣赏一段古筝演奏。问题1：古筝为什么能够发出声音？（琴弦的振动）问题2：还有哪些乐器是靠琴弦的振动发出声音的？（小提琴、大提琴、吉他、二胡、琵琶等）振动在我们生活中十分常见问题3：能不能再举例一些生活中类似这样的振动？（说话时声带振动等；剧烈而令人恐惧的振动地震）我们实验室也普遍存在这样的振动，请大家仔细观察，演示如：天平指针的振动、音叉的振动、单摆的振动、水平弹簧振子、竖直弹簧振子。在我们演示的振动中有水平方向的振动也有竖直方向的振动。问题4：它们具有共同的特征是什么？（在某一中心位置来回运动，强化“往复”和“周期性”）我们把这个中心位置叫做平衡位置（原来静止的位置，标出竖直弹簧振子的平衡位置，把振动的物体叫做振子）一、 机械振动：物体在平衡位置附近所做的往复运动。简称为振动 特点：往复性、周期性简图示意：实际的振动是非常复杂的，大家已经观察到刚刚的振动在阻力的作用下，有些很快就停下来，有些振动的幅度正在减弱。为了研究的方便，我们突出主要矛盾、忽略次要因素，不计一切阻力，简化为理想模型。我们把像这样由弹簧和振子构成的振动系统称为弹簧振子。弹簧振子将保持这个幅度永远运动下去。二、弹簧振子：是理想模型1、条件：振子看做质点；轻质弹簧；不计一切阻力 本章从最简单的开始研究，学习怎样描述振动，振动有什么性质。我们以前学习过几种运动形式，如匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、匀速圆周运动。问题5：要描述一种运动，应该从哪些物理量着手？（位移、速度、加速度等）本节课我们主要研究弹簧振子的位移与时间的关系。2、振动位移：指由平衡位置指向某一振动位置的有向线段。（注意矢量方向的选取和表示方法，以竖直弹簧振子为例）以简图为例：研究直线运动的位移与时间关系时，我们采用过公式法，还有图像法。对于振动这样一个复杂的运动，我们可以用位移时间图像来研究。如何得到振子振动的x-t图像呢？问题6：首先要解决的问题就是怎样把振子振动的轨迹记录下来？借助沙漏实验：先让振子静止，记录振子的平衡位置；问题7：先不拉动木板，振子的轨迹是什么形状？漏下的沙子就记录了振子振动的轨迹。困惑的是，后面的运动把前面的运动覆盖了。问题8：怎样把振子在不同时间的运动分开呢？（匀速拖动底板）我们试一试，演示实验：“做一做”学生实验（教材第4页练习2，明确实验要求，匀速拉动纸带）板书曲线问题8：留下的痕迹是振子运动的轨迹吗？（不是，轨迹是直线）问题9：展示学生的记录纸带，图像间隔疏与密分别是什么原因？拉动纸带的快慢是否影响振子振动的快慢？（不影响，是独立的）问题10：留下来的曲线是否能表示振子的位移随时间变化的规律呢？位移和时间在曲线是如何体现的？（能，建立坐标轴，纵轴表示位移、横轴表示时间）问题11：在这里，我们看不见时间，只能看见振子的空间位移，纸带的空间位移，那么时间到底是怎么体现的？（通过纸带的空间位移体现时间）问题12：为什么匀速拉动纸带上的位移就可以表示时间呢？（因为匀速直线运动中，发生相等的位移需要相等的时间，纸带上位移的均匀变化反映了时间均匀的流逝，所以可以用移动纸带的位移长短来表示时间的长短）因此，这样得到的曲线实际上就是某一个振子振动的位移时间图像。板书图像教材采用了频闪照片的方法获得振子的位移时间图像，请大家阅读教材第2页。这种方法我们以前研究自由落体运动和平抛运动时学习过。演示：动画模拟问题13：大家观察振子的位移时间图像呈现什么形状？（正弦函数的图像）怎么证明？（证明的方法，数学已经学过，不详细讲）三、如果质点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（x-t图像）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。简谐运动是最简单、最基本的振动，弹簧振子的运动就是简谐运动。动画演示：观察1：某一段图像对应哪段振动？（下坡的图像对应振子向下运动，上坡的图像对应振子向上运动。）观察2：位移在t轴上方的时间段里，振子的运动方向都向上吗？问题13：那么，我们能从振动的x-t图像获得哪些信息呢？（思考与讨论）四、图像信息：1、 某一质点做简谐运动时，位移随时间变化的图像2、 某一时刻该质点振动的位移大小和方向3、 某一时刻该质点振动的瞬时速度方向4、 某一段时间内质点运动的路程强调：图像不是轨迹，振子始终在一条直线上做往复运动。典例分析：例1：在图116中，当振子由a向o运动时，下列说法中正确的是()图116a振子的速率在减小b振子的运动方向向左c振子的位移方向向左d振子的位移大小在增大【解析】振动中任一时刻的位移均以平衡位置为起点在振子由a向o运动的过程中，易知选项b正确；但此过程中的各个时刻振子都在o右侧，即位移方向向右，选项c错误；由于不断向平衡位置靠近，位移越来越小，速度越来越大，故选项a、d错误故选b.【答案】b例2：如图117所示是质点做简谐运动的图象由此可知()图117at0时，质点位移、速度均为零bt1 s时，质点位移最大，速度为零ct2 s时，质点位移为零，速度负向最大值dt4 s时，质点停止运动【导析】由图可以直观地获得以下信息：各个时刻振子的位置质点的振动方向振动速度的变化等【解析】该题考查利用图象分析位移和速度t0时，速度最大，位移为零，a选项错b对t2 s时，质点经过平衡位置，位移为零，速度沿负方向最大，c正确t4 s时，质点位移为零，速度最大，d错【答案】bc这类问题的判断方法最好是把图象和简谐运动的过程结合起来，二者相辅相成，使问题得以解决. 课堂检测1下列运动中属于机械振动的是()a小鸟飞走后树枝的运动b爆炸声引起窗子上玻璃的运动c匀速圆周运动d竖直向上抛出物体的运动【解析】物体所做的往复运动是机械振动，a、b正确圆周运动和竖直向上抛出的运动不是振动【答案】ab2简谐运动是下列哪一种运动()a匀变速运动b匀速直线运动c非匀变速运动 d匀加速直线运动【解析】简谐运动的速度是变化的，b错加速度a也是变化的，a、d错c对【答案】c3如图118所示，下列说法正确的是()图118a振动图象是从平衡位置开始计时的b1 s末速度沿x轴负方向c1 s末速度最大d1 s末速度最小，为0【解析】图象从原点位置开始画，原点表示平衡位置，即物体从平衡位置起振；1 s末物体处于最大位移处，速度为0.【答案】ad4如图119所示是弹簧振子的振动图象，请回答下列问题图119(1)振子的振幅、周期、频率分别为多少？(2)如果从o点算起，到图象上哪一点为止，振子完成一次全振动？如果从a点算起，情况又怎样？【解析】(1)由图象知振子的振幅为：a2 cm，