簡諧運動的描述高二物理教學教案

時間：2022-10-09 06:54:02 教案

簡諧運動的描述高二物理教學教案

　　一、教材分析

簡諧運動的描述高二物理教學教案

　　本節內容是在上一節了解了簡諧運動的位移特點的基礎上，以簡諧運動為例，學習描述振動特點的物理量，為描述其他振動奠定基礎。進而使學生了解不同的運動形式應用不同的物理量描述。是本章的重點內容。

　　二、教學目標

　　1.知識與技能

　　1.知道簡諧運動的振幅、周期和頻率的含義。

　　2.理解周期和頻率的關系。

　　3.知道振動物體的固有周期和固有頻率，并正確理解與振幅無關。

　　2.過程與方法

　　通過觀察演示實驗，總結頻率與振幅無關，培養學生的觀察、概括能力。

　　三、教學重點難點

　　教學重點:簡諧運動的振幅、周期和頻率的概念;相位的物理意義。

　　教學難點:

　　1、振幅和位移的聯系和區別、周期和頻率的聯系和區別;

　　2、對全振動概念的理解，對振動的快慢和振動物體運動的快慢的理解; 3、相位的物理意義

　　四、學情分析

　　學生學習了交流電后對周期性的運動應由周期與頻率描述并不難接受，但對振幅的意義理解是一個新問題，因此要區分位移、振幅、路程的概念，從而使學生能夠理解振幅。

　　五、教學方法

　　思考、講授、實驗相結合。

　　六、課前準備

　　彈簧振子、預習學案

　　七、課時安排 1課時

　　八、教學過程

　　(一)預習檢查、總結疑惑

　　學生回答預習學案的內容，提出疑惑

　　(二)精講點撥

　　1.振幅

　　演示：在鐵架臺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。

　　現象：①兩種情況下，彈簧振子振動的范圍大小不同;②振子振動的強弱不同。

　　在物理學中，我們用振幅來描述物體的振動強弱。

　　(1)物理意義：振幅是描述振動的物理量。

　　(2)定義：振動物體離開平衡位置的，叫做振動的振幅。

　　(3)單位：在國際單位制中，振幅的單位是米(m)。

　　(4)振幅和位移的區別

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

　�、趯τ谝粋€給定的振動，振子的位移是時刻變化的，但振幅是不變的。

　�、畚灰剖鞘噶�，振幅是標量。

　�、苷穹扔谧畲笪灰频臄抵怠�

　　2.周期和頻率

　　(1)全振動

　　從O點開始，一次全振動的完整過程為：OAOAO。從A點開始，一次全振動的完整過程為：AOAOA。從A'點開始，一次全振動的完整過程為：AOAOA。

　　在判斷是否為一次全振動時不僅要看是否回到了原位置，而且到達該位置的振動狀態(速度)也必須相同，才能說完成了一次全振動。只有物體振動狀態再次恢復到與起始時刻完全相同時，物體才完成一次全振動。

　　振動物體以相同的速度相繼通過同一位置所經歷的過程，也就是連續的兩次位置和振動狀態都相同時所經歷的過程，叫做一次全振動。

　　一次全振動是簡諧運動的最小運動單元，振子的運動過程就是這一單元運動的不斷重復。

　　(2)周期和頻率

　　演示：在兩個勁度系數不同的彈簧下掛兩個質量相同的小球，讓這兩個彈簧振子以相同的振幅振動，觀察到振子振動的快慢不同。

　　為了描述簡諧運動的快慢，引入了周期和頻率。

　　①周期：做簡諧運動的物體完成一次全振動所需的時間，叫做振動的周期，單位：s。

　�、陬l率：單位時間內完成的全振動的次數，叫頻率，單位：Hz，1Hz=1 s-1。

　　③周期和頻率之間的關系：T= 1f

　　④研究彈簧振子的周期

　　問題：猜想彈簧振子的振動周期可能由哪些因素決定?

　　演示：兩個不同的彈簧振子(彈簧不同，振子小球質量也不同)，學生觀察到：兩個彈簧振子的振動不同步，說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、振子的質量、彈簧的勁度系數。

　　注意事項：

　　a.秒表的正確讀數及使用方法。

　　b.應選擇振子經過平衡位置的時刻作為開始計時的時刻。

　　c.振動周期的求解方法：T= tn，t表示發生n次全振動所用的總時間。

　　d.給學生發秒表，全班同學同時測講臺上演示的彈簧振子的振動周期。

　　實驗驗證：彈簧一端固定，另一端系著小球，讓小球在豎直方向上振動。

　　實驗一：用同一彈簧振子，質量不變，振幅較小與較大時，測出振動的周期T1和T1，并進行比較。

　　結論：彈簧振子的振動周期與振幅大小。

　　實驗二：用同一彈簧，拴上質量較小和較大的小球，在振幅相同時，分別測出振動的周期T2和T2，并進行比較。

　　結論：彈簧振子的振動周期與振子的質量，質量較小時，周期較。

　　實驗三：保持小球的質量和振幅不變，換用勁度系數不同的彈簧，測出振動的周期T3和T3，并進行比較。

　　結論：彈簧振子的振動周期與彈簧的勁度系數，勁度系數較大時，周期較。

　　通過上述實驗，我們得到：彈簧振子的周期由振動系統本身的和決定，而與無關。

　�、莨逃兄芷诤凸逃蓄l率

　　對一個確定的振動系統，振動的周期和頻率只與振動系統本身有關，所以把周期和頻率叫做固有周期和固有頻率。

　　3.相位

　　(觀察和比較兩個擺長相等的單擺做簡諧運動的情形)

　　演示：將并列懸掛的兩個等長的單擺(它們的振動周期和頻率相同)，向同一側拉起相同的很小的偏角同時釋放，讓它們做簡諧運動。

　　現象：兩個簡諧運動在同一方向同時達到位移的最大值，也同時同方向經過平衡位置，兩者振動的步調一致。

　　對于同時釋放的這兩個等長單擺，我們說它們的相位相同。

　　演示：將兩個單擺拉向同一側拉起相同的很小的偏角，但不同時釋放，先把第一個放開，當它運動到平衡位置時再放開第二個，讓兩者相差周期，讓它們做簡諧運動。

　　現象：兩者振動的步調不再一致了，當第一個到達另一側的最高點時，第二個小球又回到平衡位置，而當第二個擺球到達另一方的最高點時，第一個小球又已經返回平衡位置了。與第一個相比，第二個總是滯后1/4周期，或者說總是滯后1/4全振動。

　　對于不同時釋放的這兩個等長單擺，我們說它們的相位不相同。

　　要詳盡地描述簡諧運動，只有周期(或頻率)和振幅是不夠的，在物理學中我們用不同的相位來描述簡諧運動在一個全振動中所處的不同階段。

　　相位是表示物體振動步調的物理量，用相位來描述簡諧運動在一個全振動中所處的階段。

　　4.簡諧運動的表達式

　　(1)簡諧運動的振動方程

　　既然簡諧運動的位移和時間的關系可以用正弦曲線或余弦曲線來表示，那么若以x代表質點對于平衡位置的位移，t代表時間，根據三角函數知識，x和t的函數關系可以寫成

　　公式中的A代表振動的振幅，叫做圓頻率，它與頻率f之間的關系為：=2公式中的表示簡諧運動的相位，t=0時的相位叫做初相位，簡稱初相。

　　(2)兩個同頻率簡諧運動的相位差

　　設兩個簡諧運動的頻率相同，則據=2f，得到它們的圓頻率相同，設它們的初相分別為 1和 2，它們的相位差就是 (t+ 2)-(t+ )= 2- 1

　　討論：

　　個物體運動時其相位變化多少就意味著完成了一次全振動?

　　(相位每增加2就意味著發生了一次全振動)

　�、诩缀鸵覂蓚€簡諧運動的相位差為3/2，意味著什么?

　　(甲和乙兩個簡諧運動的相位差為3/2，意味著乙總是比甲滯后3/2個周期或3/2次全振動)

　　(3)相位的應用

　　(三)課堂小結

　　本節學習了描述簡諧振動特點的物理量：振幅、周期和頻率，知道振幅是描述振動強弱的物理量，是最大位移的絕對值，標量，并與振動的位移與路程進行了比較，知道位移是矢量，路程也是標量。

　　(四)反思總結，當堂檢測

　　(五)布置作業：問題與練習1、3

　　九、板書設計

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