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簡諧運(yùn)動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)了解了簡諧運(yùn)動的位移特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以簡諧運(yùn)動為例，學(xué)習(xí)描述振動特點(diǎn)的物理量，為描述其他振動奠定基礎(chǔ)。進(jìn)而使學(xué)生了解不同的運(yùn)動形式應(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.知識與技能
1.知道簡諧運(yùn)動的振幅、周期和頻率的含義。
2.理解周期和頻率的關(guān)系。
3.知道振動物體的固有周期和固有頻率，并正確理解與振幅無關(guān)。
2.過程與方法
通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，總結(jié)頻率與振幅無關(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):簡諧運(yùn)動的振幅、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、對全振動概念的理解，對振動的快慢和振動物體運(yùn)動的快慢的理解; 3、相位的物理意義
四、學(xué)情分析
學(xué)生學(xué)習(xí)了交流電后對周期性的運(yùn)動應(yīng)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(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(xiàn)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(qiáng)弱不同。
在物理學(xué)中，我們用振幅來描述物體的振動強(qiáng)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(qū)別
�、僬穹侵刚駝游矬w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(shí)刻變化的，但振幅是不變的。
�、畚灰剖鞘噶浚穹菢�(biāo)量。
�、苷穹扔谧畲笪灰频臄�(shù)值。
2.周期和頻率
(1)全振動
從O點(diǎn)開始，一次全振動的完整過程為：OAOAO。從A點(diǎn)開始，一次全振動的完整過程為：AOAOA。從A'點(diǎn)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(shí)不僅要看是否回到了原位置，而且到達(dá)該位置的振動狀態(tài)(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(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。
振動物體以相同的速度相繼通過同一位置所經(jīng)歷的過程，也就是連續(xù)的兩次位置和振動狀態(tài)都相同時(shí)所經(jīng)歷的過程，叫做一次全振動。
一次全振動是簡諧運(yùn)動的最小運(yùn)動單元，振子的運(yùn)動過程就是這一單元運(yùn)動的不斷重復(fù)。
(2)周期和頻率
演示：在兩個勁度系數(shù)不同的彈簧下掛兩個質(zhì)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(yùn)動的快慢，引入了周期和頻率。
�、僦芷冢鹤龊喼C運(yùn)動的物體完成一次全振動所需的時(shí)間，叫做振動的周期，單位：s。
②頻率：單位時(shí)間內(nèi)完成的全振動的次數(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(zhì)量也不同)，學(xué)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(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)過平衡位置的時(shí)刻作為開始計(jì)時(shí)的時(shí)刻。
c.振動周期的求解方法：T= tn，t表示發(fā)生n次全振動所用的總時(shí)間。
d.給學(xué)生發(fā)秒表，全班同學(xué)同時(shí)測講臺上演示的彈簧振子的振動周期。
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。
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)，測出振動的周期T1和T1，并進(jìn)行比較。
結(jié)論：彈簧振子的振動周期與振幅大小 。
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)，分別測出振動的周期T2和T2，并進(jìn)行比較。
結(jié)論：彈簧振子的振動周期與振子的質(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，測出振動的周期T3和T3，并進(jìn)行比較。
結(jié)論：彈簧振子的振動周期與彈簧的勁度系數(shù) ，勁度系數(shù)較大時(shí)，周期較 。
通過上述實(shí)驗(yàn)，我們得到：彈簧振子的周期由振動系統(tǒng)本身的 和 決定，而與 無關(guān)。
⑤固有周期和固有頻率
對一個確定的振動系統(tǒng)，振動的周期和頻率只與振動系統(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
(觀察和比較兩個擺長相等的單擺做簡諧運(yùn)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(cè)拉起相同的很小的偏角同時(shí)釋放，讓它們做簡諧運(yùn)動。
現(xiàn)象：兩個簡諧運(yùn)動在同一方向同時(shí)達(dá)到位移的最大值，也同時(shí)同方向經(jīng)過平衡位置，兩者振動的步調(diào)一致。
對于同時(shí)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(cè)拉起相同的很小的偏角，但不同時(shí)釋放，先把第一個放開，當(dāng)它運(yùn)動到平衡位置時(shí)再放開第二個，讓兩者相差 周期，讓它們做簡諧運(yùn)動。
現(xiàn)象：兩者振動的步調(diào)不再一致了，當(dāng)?shù)谝粋�到達(dá)另一側(cè)的最高點(diǎn)時(shí)，第二個小球又回到平衡位置，而當(dāng)?shù)诙䝼�擺球到達(dá)另一方的最高點(diǎn)時(shí)，第一個小球又已經(jīng)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(shí)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(yùn)動，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描述簡諧運(yùn)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(diào)的物理量，用相位來描述簡諧運(yùn)動在一個全振動中所處的階段。
4.簡諧運(yùn)動的表達(dá)式
(1)簡諧運(yùn)動的振動方程
既然簡諧運(yùn)動的位移和時(shí)間的關(guān)系可以用正弦曲線或余弦曲線來表示，那么若以x代表質(zhì)點(diǎn)對于平衡位置的位移，t代表時(shí)間，根據(jù)三角函數(shù)知識，x和t的函數(shù)關(guān)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(guān)系為：=2公式中的 表示簡諧運(yùn)動的相位，t=0時(shí)的相位 叫做初相位，簡稱初相。
(2)兩個同頻率簡諧運(yùn)動的相位差
設(shè)兩個簡諧運(yùn)動的頻率相同，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：
個物體運(yùn)動時(shí)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(fā)生了一次全振動)
�、诩缀鸵覂蓚�簡諧運(yùn)動的相位差為3/2，意味著什么?
(甲和乙兩個簡諧運(yùn)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(yīng)用
(三)課堂小結(jié)
本節(jié)學(xué)習(xí)了描述簡諧振動特點(diǎn)的物理量：振幅、周期和頻率，知道振幅是描述振動強(qiáng)弱的物理量，是最大位移的絕對值，標(biāo)量，并與振動的位移與路程進(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
(五)布置作業(yè)：問題與練習(xí)1、3
九、板書設(shè)計(jì)
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