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教材分析,大港一中 王春龙,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。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。在近代物理中更是处处离不开振动和波，仅从微观理论的基石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，振动和波的意义绝不局限于力学，它将为学习整个物理学打基础。,第十一章 机械振动教材分析,新课标要求,（1）通过观察和分析，理解简谐运动的特征。能用公式和图像描述简谐运动的特征。 例1 比较做简谐运动的物体在不同位置所受的力、速度、加速度、动能和势能。 例2 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。 （3）知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。会用单摆测定重力加速度。 （4）通过实验，认识受迫振动的特点。了解产生共振的条件以及在技术上的应用。 例3 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。,新、旧教材对比,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、最基本的一种周期性运动简谐运动。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。 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，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。 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，希望教学中掌握好要求。,教材分析和教学建议,课时分配 一、简谐运动（1课时） 二、简谐运动的描述（2课时） 三、简谐运动的回复力和能量（1课时） 习题课（12课时） 四、单摆（内容1课时、实验1课时） 五、外力作用下的振动（1课时）,各章节教材分析和教学建议,教学重点、难点 理解简谐运动的位移时间图象 ，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。,一 、简谐运动,教学建议 1：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。 2、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 3、通过实验分析弹簧振子的位移时间图象,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,拟合法,验证法,4.得出简谐运动的定义（运动学定义）： 质点的位移随时间按正弦规律变化的振动，叫做简谐运动,介绍：简谐运动与匀速圆周运动的关系,二、简谐运动的描述,教学重点、难点 1.简谐运动的振幅、周期和频率的概念 。振幅和位移的联系和区别.。 2.了解相位,初相和相位差概念。 3.能运用图象、公式描述简谐运动。,教学建议 1.振幅（振动能量）和频率、周期（振动快慢） 让学生明确确切含义，并讲清楚一次全振动确切过程。,2.相位: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.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一些难度，教师应根据学生的情况把握好教学要求.,(1)简谐运动的振动方程： (2)圆频率： (3)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 ，叫做振动的相位，相位也叫位相、周相，或简称为相 【注意】同一个振动用不同函数表示时相位不同 （1）相位 是随时间变化的一个变量 （2）t0时的相位 叫做初相位，简称初相 （3）相位每增加 ，就意味着完成了一次全振动,3.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，可以引导学生和学过的交流电表达式进行类比，加深印象。,(1)同相：相位差为零，一般地为=2n (n=0,1,2,) (2)反相：相位差为 ，一般地为=(2n+1) (n=0,1,2,),4. (2- 1)叫相位差(两个具有相同频率的简谐运动的初相之差).对频率相同的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,教学重点、难点 1.通过弹簧振子的运动情况分析，理解简谐运动的定义、条件。 2.理解回复力的概念, 理解简谐运动回复力的特点。 3.了解简谐运动中能量的转化。,教学建议 1.简谐运动的回复力 对于简谐运动的动力学定义，可以的话可以让学生证明一两个简谐运动。,例题:,如图所示，质量为m的物体通过劲度系数为k的弹簧相连，悬吊在天花板上.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,解：设物体静止时拉伸弹簧长度为x0,又向下拉伸距离为x1,取向竖直向下为正方向.,F0-kx0=-mg,F=-k(x0+x)=-mg-kx,F回=-F+mg =- (mg+kx)+mg,=-kx,所以物体的振动是简谐运动,2.简谐运动的能量 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完成，得出一个周期内能量怎样转化，意识到机械能的守恒。,使学生能充分理解振动中的物理量,四、单摆,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。 2.通过实验，探究单摆的周期与摆长的关系，知道单摆的周期公式，并能用来进行有关的计算。 3.会用单摆测定重力加速度。,教学建议 1.单摆 （1）让学生理解单摆是理想模型。 （2）单摆作简谐运动，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，并体会物理学中常用的近似的方法,当很小时：,单摆振动的回复力大小：,2.单摆的周期（分组实验） （1）可以提出问题：决定单摆振动的周期的因素有哪些?让学生进行猜想 。然后通过对比实验得出结论。 （2）对于书上“探究单摆周期与摆长的关系”可以让学生在实验得出数据猜想结论计算、验证猜想过程中体会物理规律得出的一般步骤。,A,L m g,m,L g A,L,g A m,g,L A m,与振幅无关,与摆球质量无关,与摆长有关,与重力加速度有关,改变因素,控制因素,结论,单摆振动周期与摆长L、振幅A、摆球质 量m 、重力加速度g间的关系,（等时性）,探究,（L长 T大）,控制变量法,g大 T小,3.实验：用单摆测定重力加速度 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T与摆长L的关系。 要说明两点 （1）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） （2）科学方法在惠更斯年代，周期公式不是推导出来的，也不是单纯实验数据的归纳，但实验的启示十分重要。,五、 外力作用下的振动,教学重点难点 1.阻尼振动中的能量转化。 2.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。 3.当驱固时，物体做受迫振动的振幅最大。 4.振动的分类,教学建议 1.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，以及受迫振动的频率与物体固有频率接近时，振动的特点。,2.记住共振图线对于学生更好了解共振是有好处的。,3.注意引导学生多思考一下共振在实际中的应用(如乐器的共鸣箱等)以及避免共振的做法，培养学生理论联系实际的能力和习惯。,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便桥时，由于马蹄节奏整齐，桥梁发生共振而断裂。,1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥在建成后的4个月就因风共振而倒塌,
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