2020-2021学年3 简谐运动的回复力和能量教案设计

第六节 简谐运动的能量  阻尼振动

教学目标

　　一、知识目标

　　1.知道振幅越大，振动的能量(总机械能)越大；

　　2.对单摆，应能根据机械能守恒定律进行定量计算；

　　3.对水平的弹簧振子，应能定量地说明弹性势能与动能的转化；

　　4.知道什么是阻尼振动和阻尼振动中能量转化的情况.

　　5.知道在什么情况下可以把实际发生的振动看作简谐运动.

　　二、能力目标

　　1.分析单摆和弹簧振子振动过程中能量的转化情况，提高学生分析和解决问题的能力.2.通过阻尼振动的实例分析，提高处理实际问题的能力.

　　三、德育目标

　　1.简谐运动过程中能量的相互转化情况，对学生进行物质世界遵循对立统一规律观点的渗透.

　　2.振动有多种不同类型说明各种运动形式都是普遍性下的特殊性的具体体现.

教学重点

　　1.对简谐运动中能量转化和守恒的具体分析.

　　2.什么是阻尼振动.

教学难点

　　关于简谐运动中能量的转化.

教学过程

　　一、导入新课

　　1.演示：取一个单摆，将其摆球拉到一定高度后释放，观察它的单摆摆动，最后学生概括现象；

　　2.现象：单摆的振幅会越来越小，最后停下来.

　　3.教师讲解引入：实际振动的单摆为什么会停下来，今天我们就来学习这个问题.

板书：简谐运动的能量  阻尼振动.

二、新课教学

　　1.简谐运动的能量

　　(1)用多媒体模拟：

　　水平弹簧振子在外力作用下把它拉伸，松手后所做的简谐运动.

　　单摆的摆球被拉伸到某一位置后所做的简谐运动；如下图甲、乙所示

(2)试分析弹簧振子和单摆在振动中的能量转化情况，并填入表格.

　　表一：

　　表二：

　　(3)学生讨论分析后，抽代表回答，并把结果填入表中.

　　(4)用实物投影仪出示思考题：

　　①弹簧振子或单摆在振幅位置时具有什么能?该能量是如何获得的?

　　②振子或单摆在平衡位置时具有什么能?该能量又是如何获得的?

　　③为什么在表格的总能量一栏填不变?

　　(5)学生讨论后得到：

　　①弹簧振子或单摆在振幅位置时具有弹性势能或重力势能，这些能量是由于外力对振子或摆球做功并使外界的能量转化为弹性势能或重力势能储存起来.

　　②在平衡位置时振子或摆球都具有动能，这个能量是由重力势能或弹性势能转化而来的.

　　③因为在振子和摆球的振动过程中，只有弹力或只有重力做功，系统的机械能守恒.

　　(6)教师总结

　　在外力的作用下，使振子或摆球振动起来，外力对它们做的功越多，振子或摆球获得的势能也越大，同时振幅也越大；

　　振子或单摆振动起来之后，由于是简谐运动，所以能量守恒，此后它的振幅将保持不变.

板书：简谐运动是理想化的振动，振动过程中系统的能量守恒；

　　系统的能量与振幅有关，振幅越大，能量越大.

　　(7)用多媒体重新展示振子和弹簧的简谐运动：并让学生画出其运动的图象：

　　上述图象中①是错误的，因为我们展示的振动都是从振幅处起振的，所以①不对；

　　②③都是正确的，之所以不同是由于所选定的正方向不同而产生的.

　　2.阻尼振动

　　(1)过渡引言：上边我们研究了简谐运动中能量的转化，对简谐运动而言，一旦供给振动系统以一定的能量，使它开始振动，由于机械能守恒，它就以一定的振幅永不停息地振动下去，所以简谐运动是一种理想化的振动.下边我们来观察两个实际振动.

　　(2)演示：

　　①实际的单摆发生的振动.

　　②敲击音叉后音叉的振动.

　　(3)学生描述观察到的现象：

　　单摆和音叉的振幅越来越小，最后停下来.

　　(4)讨论并解释现象

　　在单摆和音叉的振动过程中，不可避免地要克服摩擦及其他阻力做功，系统的机械能就要损耗，振动的振幅就会逐渐减小，机械能耗尽之时，振动就会停下来了.

　　(5)要求学生画出上述单摆和音叉的运动图象：

(6)教师总结并板书：

　　①由于振动系统受到摩擦和其他阻力，即受到阻尼作用，系统的机械能随着时间而减少，同时振幅也逐渐减小，这样的振动叫阻尼振动.

　　②阻尼过大时，系统将不能发生振动；

　　阻尼越小，振幅减小得越慢.

　　(7)讲解：

　　①所谓“阻尼”是指消耗系统能量的因素，它主要分两类：一类是摩擦阻尼，例如单摆运动时的空气阻力等；另一类是辐射阻尼，例如音叉发声时，一部分机械能随声波辐射到周围空间，导致音叉振幅减小.

　　②如果外界不断给振动系统补充由于阻尼存在而导致的能量损耗，从而使振动的振幅不变，我们把这类振动叫无阻尼振动.

　　③无阻尼振动也是等幅振动.

　　(8)学生阅读课文，回答在什么情况下，阻尼振动可以作为简谐振动来处理?

　　学生答：当阻尼很小时，在一段不太长的时间内，看不出振幅有明显的减小，就可以把它作为简谐运动来处理.

　　　四、小结

　　通过本节课的学习，我们知道了：

　　1.振动物体都具有能量，能量的大小与振幅有关.振幅越大，振动的能量也越大.

　　2.对简谐运动而言，振动系统一旦获得一定的机械能，振动起来，这一个能量就始终保持不变，只发生动能与势能的相互转化.

　　3.振动系统由于受到外界阻尼作用，振动系统的能量逐渐减小，振幅逐渐减小，这种振动叫阻尼振动，实际的振动系统都是阻尼振动，简谐振动只是一种理想的模型.

　五、教学后记：