簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)

PAGEPAGE４簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)【教學(xué)目標(biāo)】1、知識(shí)目標(biāo)(1)了解什么是機(jī)械振動(dòng)，知道機(jī)械振動(dòng)是物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的另一種形式。(2)知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化模型，知道什么是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)以及物體在什么樣的力作用下做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，知道判斷簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的方法以及研究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的意義。(3)理解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，掌握在一次全振動(dòng)過程中位移、回復(fù)力、加速度、速度隨偏離平衡位置的位移變化的規(guī)律，掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力的特征。了解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的若干實(shí)例。2、能力目標(biāo)(1)通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，概括出機(jī)械振動(dòng)的特征，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括能力；通過相關(guān)物理量變化規(guī)律的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)分析、推理能力。(2)掌握建立物理模型的科學(xué)方法。通過對(duì)彈簧振子所做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的分析，得到了有關(guān)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律性的結(jié)論，使學(xué)生知道從個(gè)別到一般的思維方法。(3)學(xué)會(huì)分析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的實(shí)例，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。3、德育目標(biāo)(1)通過物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的回復(fù)力和慣性之間關(guān)系的教學(xué)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到回復(fù)力和慣性是矛盾的兩個(gè)對(duì)立面，正是這一對(duì)立面能夠使物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。(2)通過對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的分析，使學(xué)生知道各物理量之間的普遍聯(lián)系，知道各物理量之間有密切的相互依存關(guān)系，學(xué)會(huì)用聯(lián)系的觀點(diǎn)來分析問題。(3)滲透物理學(xué)方法的教育，運(yùn)用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型——彈簧振子，研究彈簧振子在理想條件下的振動(dòng)。(4)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力特征及相關(guān)物理量的變化規(guī)律?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】(1)偏離平衡位置的位移與運(yùn)動(dòng)學(xué)中的位移概念容易混淆。(2)物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過程中位移、回復(fù)力、加速度、速度等變化規(guī)律的分析總結(jié)?！窘虒W(xué)方法】實(shí)驗(yàn)演示、討論與歸納、推導(dǎo)與列表對(duì)比、多媒體模擬展示【教具準(zhǔn)備】一端固定的鋼尺、單擺、音叉、小槌、水平彈簧振子、氣墊式水平彈簧振子、豎直彈簧振子、CAI課件【課時(shí)安排】1課時(shí)【教學(xué)過程】一、導(dǎo)入新課提問：我們學(xué)習(xí)過哪些類型的運(yùn)動(dòng)？這些運(yùn)動(dòng)的受力有什么特點(diǎn)？演示：彈簧、鋼尺、口琴簧片、橡皮筋等物體的振動(dòng)總結(jié)：我們把這些類型的運(yùn)動(dòng)叫做機(jī)械振動(dòng)。提問：除了我們剛才所提到的這些機(jī)械振動(dòng)，你還知道哪些機(jī)械振動(dòng)？在自然界中有一種很常見的運(yùn)動(dòng)，如微風(fēng)中樹枝的顫動(dòng)、心臟的跳動(dòng)、鐘擺的擺動(dòng)、水中浮標(biāo)的上下浮動(dòng)、擔(dān)物行走時(shí)扁擔(dān)的顫動(dòng)、聲帶的振動(dòng)……，這些物體的運(yùn)動(dòng)稱之為機(jī)械振動(dòng)。振動(dòng)是一種新的運(yùn)動(dòng)形式，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是機(jī)械振動(dòng)中最簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)形式。二、新課教學(xué)1、機(jī)械振動(dòng)振動(dòng)是自然界中普遍存在的一種運(yùn)動(dòng)形式，上面已列舉了振動(dòng)的若干實(shí)例。(演示振動(dòng)實(shí)例，建立振動(dòng)的概念，歸納振動(dòng)的特點(diǎn))演示：一端固定的鋼尺、單擺、水平和豎直的彈簧振子、穿在橡皮繩上的塑料球、音叉的叉股等物體的振動(dòng)。問題：這些物體的運(yùn)動(dòng)有什么共同特征呢？歸納：物體振動(dòng)時(shí)有一中心位置，物體(或物體的一部分)在中心位置兩側(cè)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。如琴弦振動(dòng)的中心位置就是琴弦靜止時(shí)或未開始振動(dòng)時(shí)的位置。在該位置琴弦所受合力一般為零。(1)平衡位置：物體振動(dòng)時(shí)的中心位置，振動(dòng)物體未開始振動(dòng)時(shí)相對(duì)于參考系靜止的位置，或沿振動(dòng)方向所受合力等于零時(shí)所處的位置叫平衡位置。(2)機(jī)械振動(dòng)：物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，叫做機(jī)械振動(dòng)，通常簡(jiǎn)稱為振動(dòng)。(3)振動(dòng)特點(diǎn)：振動(dòng)是一種往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具有周期性和重復(fù)性。(用多媒體展示振動(dòng)的幾個(gè)實(shí)例，在多媒體展示過程中強(qiáng)化“平衡位置”和“往復(fù)運(yùn)動(dòng)”)2、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)研究振動(dòng)也要從最簡(jiǎn)單、最基本的振動(dòng)著手。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)就是一種最簡(jiǎn)單、最基本的振動(dòng)，我們以彈簧振子為例學(xué)習(xí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。(1)彈簧振子演示：水平彈簧振子小球的振動(dòng)和氣墊彈簧振子中滑塊的振動(dòng)。觀察、分析、討論：①小球和滑塊的運(yùn)動(dòng)都是平動(dòng)，可以看作質(zhì)點(diǎn)。②彈簧的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小球和滑塊的質(zhì)量，可以忽略不計(jì)。③小球和滑塊的質(zhì)量相同，連接的彈簧也相同?；瑝K比小球振動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)。一個(gè)輕質(zhì)彈簧聯(lián)接一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，彈簧的另一端固定，就構(gòu)成了一個(gè)彈簧振子。說明：在中學(xué)階段只研究在沒有阻力的理想條件下彈簧振子的運(yùn)動(dòng)。小球或滑塊稱為振子。彈簧振子是一個(gè)理想化的模型，它忽略了一些次要的因素。(2)振動(dòng)形成的原因x↓F↓a↓Ep↓V↑P↑Ek↑當(dāng)物體遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，a、V反向，振子做變減速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)x↑F↑a↑Ep↑V↓P↓Ek↓在平衡位置的兩側(cè)，距平衡位置等距離的點(diǎn)，各量的大小對(duì)應(yīng)相等，振子的運(yùn)動(dòng)具有對(duì)稱性。在上述各量中矢量變化的周期是標(biāo)量變化周期的兩倍。(4)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的力學(xué)特征問題：彈簧振子振動(dòng)時(shí)，回復(fù)力與位移是什么關(guān)系？分析：由振動(dòng)過程的分析可知，振子的位移總是相對(duì)于平衡位置而言的，即初位置是平衡位置，位移可以用振子的位置坐標(biāo)x來表示，方向始終從平衡位置指向外側(cè)?；貜?fù)力的方向始終指向平衡位置，因而回復(fù)力的方向與振子的位移方向始終相反。對(duì)水平方向的彈簧振子來說，回復(fù)力就是彈簧的彈力。根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)八知道，在彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，彈簧振子的回復(fù)力F跟振子偏離平衡位置的位移x成正比。①簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)物體在跟偏離平衡位置的位移大小成正比，并且總指向平衡位置的回復(fù)力的作用下的振動(dòng)，叫做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。(用多媒體展示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)實(shí)例)①音叉叉股上各點(diǎn)的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；②彈簧片上各點(diǎn)的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；③擺的擺錘上各點(diǎn)的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。②動(dòng)力學(xué)特征由簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的定義知道，做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體的回復(fù)力F與位移x之間的關(guān)系為F＝－kx式中F為回復(fù)力，x為偏離平衡位置的位移，k是常數(shù)。對(duì)于彈簧振子，k是勁度系數(shù)，對(duì)于其他的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，k是別的比例常數(shù)；負(fù)號(hào)表示回復(fù)力與位移的方向總相反。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征是判斷物體是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的依據(jù)。彈簧振子的振動(dòng)只是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的一種。如果要判斷其它振動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，須先找出回復(fù)力的來源，再尋找回復(fù)力與位移的關(guān)系，如果回復(fù)力與位移之間的關(guān)系符合簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征，即可判定該物體的振動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。鞏固訓(xùn)練：試證明在豎直方向的彈簧振子做的也是簡(jiǎn)諧振運(yùn)動(dòng)。證明：設(shè)O為振子的平衡位置，向下方向?yàn)檎较颍藭r(shí)彈簧形變量為ｘ0，根據(jù)胡克定律得ｘ0＝mg/k當(dāng)振子向下偏離平衡位置ｘ時(shí)，回復(fù)力為F＝mg－ｋ(ｘ＋ｘ0)則Ｆ＝－kx所以此振動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。③簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征根據(jù)牛頓第二定律，回復(fù)力F對(duì)物體產(chǎn)生的加速度a為a＝－EQ\F(k,m)x上式為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，由此可知，做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，加速度的大小與振動(dòng)物體相對(duì)平衡位置的位移成正比，方向始終與位移方向相反，總指向平衡位置。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)加速度的大小和方向都在變化，是一種變加速運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征也可用來判斷物體是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本的機(jī)械振動(dòng)，圖中表示了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)實(shí)例。鞏固練習(xí)①做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)通過平衡位置時(shí)，具有最大值的物理量是_________。A．加速度B．速度C．位移D．動(dòng)能Ｅ．回復(fù)力Ｆ．勢(shì)能(參考答案：ＢＤ)②下列說法中正確的是(A)A．彈簧振子的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)B．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)就是指彈簧振子的運(yùn)動(dòng)C．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)D．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是機(jī)械運(yùn)動(dòng)中最基本最簡(jiǎn)單的一種③關(guān)于做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)物體的說法正確的是(CD)A．加速度與位移方向有時(shí)相同，有時(shí)相反B．速度方向與加速度有時(shí)相同，有時(shí)相反C．速度方向與位移方向有時(shí)相同，有時(shí)相反D．加速度方向總是與位移方向相反④做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)位移為負(fù)值時(shí)，以下說法正確的是(B)A．速度一定為正值，加速度一定為正值B．速度不一定為正值，但加速度一定為正值C．速度一定為負(fù)值，加速度一定為正值D．速度不一定為負(fù)值，加速度一定為負(fù)值⑤在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，振子每次經(jīng)過同一位置時(shí)，下列各組中描述振動(dòng)的物理量總是相同的是(B)A．速度、加速度、動(dòng)量和動(dòng)能B．加速度、動(dòng)能、回復(fù)力和位移C．加速度、動(dòng)量、動(dòng)能和位移D．位移、動(dòng)能、動(dòng)量和回復(fù)力⑥當(dāng)一彈簧振子在豎直方向上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說法正確的是(CD)A．振子在振動(dòng)過程中，速度相同時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度一定相等B．振子從最低點(diǎn)向平衡位置運(yùn)動(dòng)過程中，彈簧彈力始終做負(fù)功C．振子在振動(dòng)過程中的回復(fù)力由彈簧的彈力和振子的重力的合力提供D．振子在振動(dòng)過程中，系統(tǒng)的機(jī)械能一定守恒三、小結(jié)物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，叫做機(jī)械振動(dòng)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種簡(jiǎn)單的、基本的振動(dòng)，許多物體的微小振動(dòng)都可以看作是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，復(fù)雜的振動(dòng)可以看作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的疊加。物體在跟偏離平衡位置的位移大小成正比，并且總指向平衡位置的回復(fù)力的作用下的振動(dòng)，叫做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)從運(yùn)動(dòng)形式看：物體在平衡位置兩側(cè)做重復(fù)性往復(fù)運(yùn)動(dòng)；從運(yùn)動(dòng)性質(zhì)看：是一種重復(fù)性變加速運(yùn)動(dòng)；從受力情況看：回復(fù)力滿足F＝－kx；從受力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系看：其加速度a＝－kx/m；從能量角度看：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。四、作業(yè)P22練習(xí)一1、2、3、4【板書設(shè)計(jì)】一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)1、機(jī)械振動(dòng)(1)平衡位置：物體振動(dòng)時(shí)的中心位置，振動(dòng)物體未開始振動(dòng)時(shí)相對(duì)于參考系靜止的位置，或沿振動(dòng)方向所受合力等于零時(shí)所處的位置叫平衡位置。(2)機(jī)械振動(dòng)：物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，叫做機(jī)械振動(dòng)，通常簡(jiǎn)稱為振動(dòng)。(3)振動(dòng)特點(diǎn)：振動(dòng)是一種往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具有周期性和重復(fù)性。2、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(1)彈簧振子一個(gè)輕質(zhì)彈簧聯(lián)接一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，彈簧的另一端固定，就構(gòu)成了一個(gè)彈簧振子。(2)振動(dòng)形成的原因①回復(fù)力：振動(dòng)物體受到的總能使振動(dòng)物體回到平衡位置，且始終指向平衡位置的力，叫回復(fù)力。振動(dòng)物體的平衡位置也可說成是振動(dòng)物體振動(dòng)時(shí)受到的回復(fù)力為零的位置。②形成原因：振子離開平衡位置后，回復(fù)力的作用使振了回到平衡位置，振子的慣性使振子離開平衡位置；系統(tǒng)的阻力足夠小。(3)振動(dòng)過程分析振子的運(yùn)動(dòng)A→OO→A′A′→OO→A對(duì)O點(diǎn)位移的方向怎樣？大小如何變化？向右減小向左增大向左減小向右增大回復(fù)力的方向怎樣？大小如何變化？向左減小向右增大向右減小向左增大加速度的方向怎樣？大小如何變化？向左減小向右增大向右減小向左增大速度的方向怎樣？大小如何變化？向左增大向左減小向右增大向右減小動(dòng)量的方向怎樣？大小如何變化？向左增大向左減小向右增大向右減小振子的動(dòng)能增大減小增大減小彈簧的勢(shì)能減小增大減小增大系統(tǒng)總能量不變不變不變不變(4)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的力學(xué)特征①簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)：物體在跟偏離平衡位置的位移大小成正比，并且總指向平衡位置的回復(fù)力的作用下的振動(dòng)，叫做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。②動(dòng)力學(xué)特征：回復(fù)力F與位移x之間的關(guān)系為F＝－kx式中F為回復(fù)力，x為偏離平衡位置的位移，k是常數(shù)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征是判斷物體是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的依據(jù)。③簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征a＝－EQ\F(k,m)x加速度的大小與振動(dòng)物體相對(duì)平衡位置的位移成正比，方向始終與位移方向相反，總指向平衡位置。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)加速度的大小和方向都在變化，是一種變加速運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征也可用來判斷物體是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。【教材分析】簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本、最有規(guī)律性的機(jī)械振動(dòng)，通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生既了解到機(jī)械振動(dòng)的基本特點(diǎn)，又體會(huì)到振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式較直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)都要復(fù)雜。在本節(jié)教材中研究彈簧振子的振動(dòng)情況時(shí)，忽略了摩擦力和彈簧的質(zhì)量，應(yīng)讓學(xué)生認(rèn)真領(lǐng)會(huì)這種理想化的方法。本節(jié)教材包括以下知識(shí)點(diǎn)：機(jī)械振動(dòng)、彈簧振子及其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。為了研究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，我們運(yùn)用了物理學(xué)中的理想化方法：從最簡(jiǎn)單、最基本的情況入手。抓住影響運(yùn)動(dòng)的主要因素，去掉次要的、非本質(zhì)因素的干擾，建立了理想化的物理模型——彈簧振子。并且研究了彈簧振子在無阻力的理想條件下的運(yùn)動(dòng)問題，理想化是研究物理問題常用的方法之一。重點(diǎn)是使學(xué)生掌握簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力特征及相關(guān)物理量的變化規(guī)律?；貜?fù)力的特征是形成加速度、速度、位移等物理量周期