簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述高二物理教學(xué)教案

　　一、教材分析

　　本節(jié)內(nèi)容是在上一節(jié)了解了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)為例，學(xué)習(xí)描述振動(dòng)特點(diǎn)的物理量，為描述其他振動(dòng)奠定基礎(chǔ)。進(jìn)而使學(xué)生了解不同的運(yùn)動(dòng)形式應(yīng)用不同的物理量描述。是本章的重點(diǎn)內(nèi)容。

　　二、教學(xué)目標(biāo)

　　1.知識(shí)與技能

　　1.知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅、周期和頻率的含義。

　　2.理解周期和頻率的關(guān)系。

　　3.知道振動(dòng)物體的固有周期和固有頻率，并正確理解與振幅無(wú)關(guān)。

　　2.過(guò)程與方法

　　通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)，總結(jié)頻率與振幅無(wú)關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括能力。

　　三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)

　　教學(xué)重點(diǎn):簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅、周期和頻率的概念;相位的物理意義。

　　教學(xué)難點(diǎn):

　　1、振幅和位移的聯(lián)系和區(qū)別、周期和頻率的聯(lián)系和區(qū)別;

　　2、對(duì)全振動(dòng)概念的理解，對(duì)振動(dòng)的快慢和振動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)的快慢的理解; 3、相位的物理意義

　　四、學(xué)情分析

　　學(xué)生學(xué)習(xí)了交流電后對(duì)周期性的運(yùn)動(dòng)應(yīng)由周期與頻率描述并不難接受，但對(duì)振幅的意義理解是一個(gè)新問(wèn)題，因此要區(qū)分位移、振幅、路程的概念，從而使學(xué)生能夠理解振幅。

　　五、教學(xué)方法

　　思考、講授、實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。

　　六、課前準(zhǔn)備

　　彈簧振子、預(yù)習(xí)學(xué)案

　　七、課時(shí)安排 1課時(shí)

　　八、教學(xué)過(guò)程

　　(一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑

　　學(xué)生回答預(yù)習(xí)學(xué)案的內(nèi)容，提出疑惑

　　(二)精講點(diǎn)撥

　　1.振幅

　　演示：在鐵架臺(tái)上懸掛一豎直方向的彈簧振子，分別把振子從平衡位置向下拉不同的距離，讓振子振動(dòng)。

　　現(xiàn)象：①兩種情況下，彈簧振子振動(dòng)的范圍大小不同;②振子振動(dòng)的強(qiáng)弱不同。

　　在物理學(xué)中，我們用振幅來(lái)描述物體的振動(dòng)強(qiáng)弱。

　　(1)物理意義：振幅是描述振動(dòng) 的物理量。

　　(2)定義：振動(dòng)物體離開(kāi)平衡位置的 ，叫做振動(dòng)的振幅。

　　(3)單位：在國(guó)際單位制中，振幅的單位是米(m)。

　　(4)振幅和位移的區(qū)別

　　①振幅是指振動(dòng)物體離開(kāi)平衡位置的最大距離;而位移是振動(dòng)物體所在位置與平衡位置之間的距離。

　�、趯�(duì)于一個(gè)給定的振動(dòng)，振子的位移是時(shí)刻變化的，但振幅是不變的。

　�、畚灰剖鞘噶浚�振幅是標(biāo)量。

　　④振幅等于最大位移的數(shù)值。

　　2.周期和頻率

　　(1)全振動(dòng)

　　從O點(diǎn)開(kāi)始，一次全振動(dòng)的完整過(guò)程為：OAOAO。從A點(diǎn)開(kāi)始，一次全振動(dòng)的完整過(guò)程為：AOAOA。從A'點(diǎn)開(kāi)始，一次全振動(dòng)的完整過(guò)程為：AOAOA。

　　在判斷是否為一次全振動(dòng)時(shí)不僅要看是否回到了原位置，而且到達(dá)該位置的振動(dòng)狀態(tài)(速度)也必須相同，才能說(shuō)完成了一次全振動(dòng)。只有物體振動(dòng)狀態(tài)再次恢復(fù)到與起始時(shí)刻完全相同時(shí)，物體才完成一次全振動(dòng)。

　　振動(dòng)物體以相同的速度相繼通過(guò)同一位置所經(jīng)歷的過(guò)程，也就是連續(xù)的兩次位置和振動(dòng)狀態(tài)都相同時(shí)所經(jīng)歷的過(guò)程，叫做一次全振動(dòng)。

　　一次全振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的最小運(yùn)動(dòng)單元，振子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程就是這一單元運(yùn)動(dòng)的不斷重復(fù)。

　　(2)周期和頻率

　　演示：在兩個(gè)勁度系數(shù)不同的彈簧下掛兩個(gè)質(zhì)量相同的小球，讓這兩個(gè)彈簧振子以相同的振幅振動(dòng)，觀察到振子振動(dòng)的快慢不同。

　　為了描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的快慢，引入了周期和頻率。

　�、僦芷冢鹤龊�(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體完成一次全振動(dòng)所需的時(shí)間，叫做振動(dòng)的周期，單位：s。

　�、陬l率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成的全振動(dòng)的次數(shù)，叫頻率，單位：Hz，1Hz=1 s-1。

　�、壑芷诤皖l率之間的關(guān)系：T= 1f

　�、苎芯繌椈烧褡拥闹芷�

　　問(wèn)題：猜想彈簧振子的振動(dòng)周期可能由哪些因素決定?

　　演示：兩個(gè)不同的彈簧振子(彈簧不同，振子小球質(zhì)量也不同)，學(xué)生觀察到：兩個(gè)彈簧振子的振動(dòng)不同步，說(shuō)明它們的周期不相等。

　　猜想：影響彈簧振子周期的因素可能有：振幅、振子的質(zhì)量、彈簧的勁度系數(shù)。

　　注意事項(xiàng)：

　　a.秒表的正確讀數(shù)及使用方法。

　　b.應(yīng)選擇振子經(jīng)過(guò)平衡位置的時(shí)刻作為開(kāi)始計(jì)時(shí)的時(shí)刻。

　　c.振動(dòng)周期的求解方法：T= tn，t表示發(fā)生n次全振動(dòng)所用的總時(shí)間。

　　d.給學(xué)生發(fā)秒表，全班同學(xué)同時(shí)測(cè)講臺(tái)上演示的彈簧振子的振動(dòng)周期。

　　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：彈簧一端固定，另一端系著小球，讓小球在豎直方向上振動(dòng)。

　　實(shí)驗(yàn)一：用同一彈簧振子，質(zhì)量不變，振幅較小與較大時(shí)，測(cè)出振動(dòng)的周期T1和T1，并進(jìn)行比較。

　　結(jié)論：彈簧振子的振動(dòng)周期與振幅大小 。

　　實(shí)驗(yàn)二：用同一彈簧，拴上質(zhì)量較小和較大的小球，在振幅相同時(shí)，分別測(cè)出振動(dòng)的周期T2和T2，并進(jìn)行比較。

　　結(jié)論：彈簧振子的振動(dòng)周期與振子的質(zhì)量 ，質(zhì)量較小時(shí)，周期較 。

　　實(shí)驗(yàn)三：保持小球的質(zhì)量和振幅不變，換用勁度系數(shù)不同的彈簧，測(cè)出振動(dòng)的周期T3和T3，并進(jìn)行比較。

　　結(jié)論：彈簧振子的振動(dòng)周期與彈簧的勁度系數(shù) ，勁度系數(shù)較大時(shí)，周期較 。

　　通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，我們得到：彈簧振子的周期由振動(dòng)系統(tǒng)本身的 和 決定，而與 無(wú)關(guān)。

　�、莨逃兄芷诤凸逃蓄l率

　　對(duì)一個(gè)確定的振動(dòng)系統(tǒng)，振動(dòng)的周期和頻率只與振動(dòng)系統(tǒng)本身有關(guān)，所以把周期和頻率叫做固有周期和固有頻率。

　　3.相位

　　(觀察和比較兩個(gè)擺長(zhǎng)相等的單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的情形)

　　演示：將并列懸掛的兩個(gè)等長(zhǎng)的單擺(它們的振動(dòng)周期和頻率相同)，向同一側(cè)拉起相同的很小的偏角同時(shí)釋放，讓它們做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

　　現(xiàn)象：兩個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)在同一方向同時(shí)達(dá)到位移的最大值，也同時(shí)同方向經(jīng)過(guò)平衡位置，兩者振動(dòng)的步調(diào)一致。

　　對(duì)于同時(shí)釋放的這兩個(gè)等長(zhǎng)單擺，我們說(shuō)它們的相位相同。

　　演示：將兩個(gè)單擺拉向同一側(cè)拉起相同的很小的偏角，但不同時(shí)釋放，先把第一個(gè)放開(kāi)，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到平衡位置時(shí)再放開(kāi)第二個(gè)，讓兩者相差 周期，讓它們做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

　　現(xiàn)象：兩者振動(dòng)的步調(diào)不再一致了，當(dāng)?shù)谝粋�(gè)到達(dá)另一側(cè)的最高點(diǎn)時(shí)，第二個(gè)小球又回到平衡位置，而當(dāng)?shù)诙�個(gè)擺球到達(dá)另一方的最高點(diǎn)時(shí)，第一個(gè)小球又已經(jīng)返回平衡位置了。與第一個(gè)相比，第二個(gè)總是滯后1/4周期，或者說(shuō)總是滯后1/4全振動(dòng)。

　　對(duì)于不同時(shí)釋放的這兩個(gè)等長(zhǎng)單擺，我們說(shuō)它們的相位不相同。

　　要詳盡地描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，只有周期(或頻率)和振幅是不夠的，在物理學(xué)中我們用不同的相位來(lái)描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)在一個(gè)全振動(dòng)中所處的不同階段。

　　相位是表示物體振動(dòng)步調(diào)的物理量，用相位來(lái)描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)在一個(gè)全振動(dòng)中所處的階段。

　　4.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式

　　(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)方程

　　既然簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移和時(shí)間的關(guān)系可以用正弦曲線或余弦曲線來(lái)表示，那么若以x代表質(zhì)點(diǎn)對(duì)于平衡位置的位移，t代表時(shí)間，根據(jù)三角函數(shù)知識(shí)，x和t的函數(shù)關(guān)系可以寫(xiě)成

　　公式中的A代表振動(dòng)的振幅，叫做圓頻率，它與頻率f之間的關(guān)系為：=2公式中的 表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相位，t=0時(shí)的相位 叫做初相位，簡(jiǎn)稱初相。

　　(2)兩個(gè)同頻率簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相位差

　　設(shè)兩個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的頻率相同，則據(jù)=2f，得到它們的圓頻率相同，設(shè)它們的初相分別為 1和 2，它們的相位差就是 (t+ 2)-(t+ )= 2- 1

　　討論：

　　個(gè)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)其相位變化多少就意味著完成了一次全振動(dòng)?

　　(相位每增加2就意味著發(fā)生了一次全振動(dòng))

　　②甲和乙兩個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相位差為3/2，意味著什么?

　　(甲和乙兩個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相位差為3/2，意味著乙總是比甲滯后3/2個(gè)周期或3/2次全振動(dòng))

　　(3)相位的應(yīng)用

　　(三)課堂小結(jié)

　　本節(jié)學(xué)習(xí)了描述簡(jiǎn)諧振動(dòng)特點(diǎn)的物理量：振幅、周期和頻率，知道振幅是描述振動(dòng)強(qiáng)弱的物理量，是最大位移的絕對(duì)值，標(biāo)量，并與振動(dòng)的位移與路程進(jìn)行了比較，知道位移是矢量，路程也是標(biāo)量。

　　(四)反思總結(jié)，當(dāng)堂檢測(cè)

　　(五)布置作業(yè)：?jiǎn)栴}與練習(xí)1、3

　　九、板書(shū)設(shè)計(jì)

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