2019-2020年高二物理简谐运动教学流程 人教版.doc

2019-2020年高二物理简谐运动教学流程 人教版多媒体展示1：第九章 机械振动 (设计机械振动动画背景)课前介绍：我来自湖南澧县一中，叫蔡志容，今天有机会与夷陵中学的同学们共同学习，我非常高兴，请大家多多支持 。以前我们学习过各种各样的机械运动，今天我们来研究一种更为复杂的机械运动。请大家观察。演示实验1：单摆和竖直弹簧振子的振动这是用细线吊着的小球，先静止在中心位置，现在把小球拉离该位置再放手，它就运动起来了。这是两端用弹簧连接的砝码，先静止在中心位置，将它拉离该位置再放手，它也运动起来。问：这两个物体的运动有什么特征？生：往复运动。板书：特征：往复运动。提示：并且他们运动有一个生：中心位置。板书：中心位置小结：很好，这个中心位置在物理学上称为平衡位置。板书：（平衡位置）我们把具有这种特征的运动叫做机械振动。板书：一、机械振动请大家翻开教材21页，第一段：物体在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动。简称振动。这一章我们就专门来研究机械振动。 机械振动也是很常见的，请看屏幕。多媒体展示2：常见的机械振动。同学们能否再举出生活中机械振动的例子呢？学生活动：列举生活中常见的机械运动。（2个左右）教师做适当鼓励，如很好，非常好等。师：自然界中的机械振动纷繁复杂。我们从哪里着手研究呢？大家回忆一下，我们研究机械运动是从哪种运动开始的？生答（齐答）：匀速直线运动。师：为什么要从匀速直线运动开始？生：因为它最简单。师：最简单往往也是最基本的。我们今天也按同样的思路研究机械振动，即从最简单、最基本的着手。请看实验：演示实验2：弹簧的一端固定，另一端与一物体相连，物体穿在横杆上，我们让它振动起来。（物体振动几下便停止）。问：为什么物体振动几下就停下了？生答（齐答）：有摩擦。问：怎样才能使物体更持久地振动？ 生答（齐答）：减小摩擦。请看实验，为了减小摩擦，我们将连着弹簧的滑块放在气垫导轨上，弹簧很细很轻。导轨上有很多细孔，打开气源后（打开气源），空气从小孔中喷出将滑块托起，极大的减小摩擦阻力。，静止时，弹簧处于自然状态，既没有伸长，也没被压缩，滑块上的指针指到O点，即平衡位置。演示实验3：振子在气垫导轨上振动。把滑块拉离平衡位置再放手，它就不断地振动起来。我们观察到，滑块绕平衡位置来回振动，且振动地幅度关于O点基本对称。师：与上一实验相比较，滑块能持久地振动。（让学生安静的观察十来秒中，确保学生已经看到了现象）不过，我们观察到它振动的幅度还是在慢慢减小，说明了什么？生答：仍然有摩擦阻力。问：若完全消除摩擦阻力，物体会怎样振动？生：物体会不停的且幅度不减地振动下去。很好。这种情况虽然很难实现，但我们可以用多媒体模拟一下。请看屏幕。多媒体展示3：弹簧振子的振动（理想模型），就是这样一个模型：请看：一个质量可以忽略的弹簧的一端固定，另一端连着一个可视为质点的物体，且它们振动时没有摩擦等阻力的系统叫弹簧振子系统。板书：弹簧振子师：显然，它是一个理想模型。板书：理想模型我们可以画出它的模拟图。（画图，见上图）师：弹簧振子从A点开始一旦起振，它将会不停的且幅度不减地做往复运动，且振动的幅度关于O点对称，即OA=OA,我们把弹簧振子的这一种机械振动叫简谐运动。它就是最简单最基本的机械振动。板书 ：二、简谐运动问：接下来我们进一步来研究简谐运动。请大家回忆一下，我们是从哪些方面来研究研究机械运动的呢？生（齐答）：位移，速度，加速度和力。师：对。简谐运动也是一种机械运动。我们今天也从这些方面来研究。首先让我们来分析其位移。板书：1、位移问：什么叫位移？ 答：由初位置指向末位置的有向线段叫位移。师：由于简谐运动具有对称性，并且为了研究问题的方便，我们在这里规定简谐运动的位移指物体偏离平衡位置的位移。（动作：同时画原点）板书：物体偏离平衡位置的位移。为了研究位移，我们要建立坐标系。在一条直线上运动，我们先画出一条线段。板书：画线段。师：还要规定一个正方向。规定哪个方向为正方向呢？（齐答：向右，向左）师：都可以，在这里，我们规定向右为正方向。（板书）师：我们建立了坐标系，这样就可以分析质点在各个位置的位移了。（举例）质点在A和A之间振动时，某时刻在B点，物体的位移是怎样的呢？根据位移的参考位置为O点，所以此时的位移是指从O指向B的有向线段。 此时位移的方向为x轴的正方向，位移的大小为箭头的长度。（在黑板上用彩色粉笔标志出来）振子振动到B时，位移是怎样的呢？学生齐答：方向为x轴的负方向，大小为OB。振子的振动是往复运动，具有周期性，所以我们只用分析其中的一个周期，就可了解它整个的运动规律。例如我们在振子振动到A点时开始讨论。振子由A点开始运动，经过O点运动到A点，。由A点再经过O点回到A点。（在图上分析过程）。这就是一个周期。我们分析一个周期里面的位移情况，可以分段考虑，分成几个阶段呢？生：4个。AO，OA，A O，OA。请同学们分析在这四个阶段中，位移的方向、大小分别如何变化。（多媒体）。（可以独立探究，也可以相互讨论，我再请同学代表来说出探究结果）AOOAA OOA位移方向位移大小变化(学生思考解答；师在黑板上板书表格)请一个同学回答简谐运动位移的变化规律。（说明：方向为正方向，我们把这个方向用“”表示等。）（分析：当质点从A向O振动过程中，任意一点的方向是从原点指向某时刻位置的有向线段。方向为正方向，它不断向O运动，位移不断减小）同学回答的内容需要修正一下。（师总结位移变化规律）（稍稍停顿）师：尽管位移方向时正时负，但它有一总的特征，总是从平衡位置指向？生：从平衡位置指向两侧。师：对。即方向总是背离平衡位置。师：位移大小在哪些位置最大？哪些位置为零？我们来通过多媒体将这个过程整体感受一下。多媒体展示4：简谐运动的位移 （暂停一下，讲解下条）在这里，箭头的长短表示位移的大小，箭头的方向表示位移的方向。位移特点:振子的位移起点总是从平衡位置开始的, 方向总是由平衡位置指向两侧，位移在A和A位置达到增大值，在平衡位置为零；且周期性变化。2、回复力接下来我们一起来研究简谐运动的力。板书:2、 力先对物体进行受力分析：（按习惯顺序分析力）重力和支持力平衡，故影响振子运动性质的力只有弹簧对它的弹力。请大家分析在这过程中，弹力是如何变化的。（多媒体）（可以独立探究，也可以相互讨论）AOOAA OOA回复力方向回复力大小变化师：AO运动时，弹簧处于什么状态？(伸长)师：那弹力方向呢？（）师：尽管力的方向时正时负，但总是指向？生：总是指向平衡位置。板书：方向：始终指向平衡位置。师：我们来看，每当质点偏离平衡位置后，就要受到指向平衡位置的力，该力的作用效果总是要使得物体回到平衡位置，因此，我们把它叫回复力。小结：我们把振动物体受到的指向平衡位置的力，称为回复力。板书：2、回复力师：从另一个方面看，它的受力方向和位移方向有什么关系？生：总是和位移方向相反。板书：总与位移方向相反。师（齐问齐答）：回复力在哪些位置达到最大值？在哪些位置为零?师：回复力的大小我们能不能用一个公式表示出来呢？学生回答不出时，提示。师：弹簧的弹力遵从什么规律？（胡克定律）师：要确定弹力就要分析什么？（弹簧伸长或者被压缩的长度）师：弹簧伸长和压缩的长度是在这里是怎样的？（回答不出时提示：它和位移有关吗？）设弹簧的劲度系数为，位移用表示。那么回复力的大小可以怎么表示？生：位移和力都是矢量，且它们在同一直线上，我们用什么办法表示他们的方向关系？生：始终相反。生：用带正负号的数值。师：那么我们能否在这个公式里面表示出F,X两个物理量的方向关系呢？生：简谐运动的回复力总是跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置。板书：特征：多媒体展示5：回复力回复力特点：回复力在A和A位置达到最大值，在平衡位置为零；且周期性变化；方向总是指向平衡位置。3 简谐运动的速度和加速度下面我们来探究简谐运动的速度和加速度的变化规律，完成下列表格（多媒体）这个问题可能有点难，同学们可以相互讨论。板书：3、简谐运动的速度和加速度学生探究完成。AOOAA OOA速度v方向速度v大小变化加速度a方向加速度大小变化请一位同学回答速度和加速度方向和大小的变化规律，并提问：速度在什么时刻达到最大值？何时刻最小？加速度的大小方向变化和回复力的大小方向变化有什么关系?多媒体展示6：简谐运动的速度和加速度速度特点：速度在A和A位置为零，在平衡位置达到最大值；且周期性变化。加速度特点：加速度在A和A位置达到最大值，在平衡位置为零；且周期性变化；方向总是指向平衡位置。加速度的大小方向变化与回复力的完全相同。 三、简谐运动的条件 师：到此，我们从各方面讨论了简谐运动的规律。同学们思考：简谐运动位移、速度、加速度为什么会这么变化呢？就是说，它们这样变化的原因是什么？生：受到了回复力。问：对。就是说，物体受到了这样的回复力，就有了这样变化的加速度，这样变化的速度和这样变化的位移；回复力是简谐运动的根本原因。师：如果一个物体受到的不是弹簧的弹力，而是其它性质的力，但是其回复力仍有的特征，即回复力具有大小和位移大小成正比，方向始终指向平衡位置的特征。那么它一旦振动起来，位移还这样变化吗？速度还会这样变化吗？加速度也会这样变化吗？生：会。师：它是简谐运动吗?生：是。总结：只要物体受到具有这一性质的回复力，它就一定做简谐运动。因此，简谐运动的条件是什么？ 板书：三、简谐运动的条件 回复力这里得k不一定时弹簧的劲度系数，应该是一般的比例系数，师：这样，我们可以根据简谐运动的条件定义，什么叫简谐运动？请大家看教材22页：简谐运动：我们把物体再跟位移大小成正比并且总指向平衡位置的力的作用下的振动，叫做简谐运动。 我们再来看几个简谐运动的例子。多媒体展示7：几种简谐运动课堂小结（本节课，我们的主要内容就到这里，我们小结一下）1、本节课我们了解了机械振动，深入研究了简谐运动。简谐运动是我们这一节课的主题。板书课题：简谐运动2、简谐运动是一种最简单的、最基本的振动，其条件是：回复力与偏离平衡位置的位移成正比，并始终指向平衡位置。3、本堂课我们运用了一种重要的物理思维方法，即理想化方法，运用此方法我们建立了一个重要的理想模型，即弹簧阵子。 课堂练习（下面，我们来讨论几个问题）对于本节内容大家还有问题要讨论吗？作业布置：课本23页，第二题和第四题