人教版 (新课标)选修31 简谐运动教学设计

校公开课教案

　　　　简　谐　运　动

　　　　　　　　授课人：楼潮海

　　　　　　　　歙　州　学　校

　　　　　　　　二OO四年五月

教学目的：

1．知道什么是机械运动。

2．知道简谐运动的受力特点以及F=-kx公式的物理意义。

3．理解简谐运动的定义。

4．知道简谐运动中位移、速度、加速度、回复力、动能、势能在一次振动中的变化规律，培养学生用运动学和动力学的观点来分析弹簧振子的运动的能力。

教具：微型机算机；中间穿有橡皮绳的乒乓球；一端挂有重锤的轻质弹簧；弹簧振子；气垫导轨；音叉；系有细线的木质小球；一端用夹具固定的钢锯条；铁架台；橡皮条；比重计。

教学过程：一、从演示实验引出课题

　　　演示1：使中间穿有橡皮条的乒乓球作上下振动。

学生观察：　　乒乓球作什么样的运动？（上下往复运动）（学生共同回答）　

　　　演示2：使挂在铁架台上的重锤作上下振动。

学生观察：　　乒乓球作什么样的运动？（上下往复运动）（学生共同回答）　

引导学生思考：乒乓球和重锤的运动跟过去已经学过的直线运动、曲线运动相比有什么不同的

　　　特点？　（往复性）（个别提问）

结论： 　物体在某一中心位置两侧所做的往复运动，叫做机械振动。乒乓球和重锤的运动就是振动。

运用：a、振动现象在自然界和日常生活中是广泛存在的，例如蹭在跳板跳水运动中，当运动员跳离后，跳板的运动就是振动。又如汽车驶过高低不平的路面时，车              厢就发生振动。

　　　　　　b、一切发声的物体都在振动。如音叉、锣、鼓等。（下面看一个简单的弦乐器）

　　演示3：橡皮筋套在书上，拉紧橡皮筋，用手指拨动被紧的橡皮筋，发生的声

              音相当于弹拔弦乐器的声音。

　　　演示4：锯条振动。

二．新课教学：

1．研究弹簧振子的运动。

　　演示5：有孔的小球跟弹簧连接在一起穿在一根水平杆上，并把弹簧的左端固　　　　　　　定，向右拉动小球然后松手，小球就在杆上振动几次后停下，杆越光滑，小球　　　　　　　振动的次数越多，如果f忽略不计，弹簧的质量比小球的质量小可以忽略不计，　　　　　　　就成了一个弹簧振子。咱们就把摩擦减小一下，利用水平的气垫导轨放置的弹簧振子的振动进行研究。（演示多媒体课件）

观察的基础上思考：

（1）振子的运动为什么具有往复性？

（2）什么力使振子振动？

明确几点：

A、振子做什么样的运动？受不受力？如果不受力将做什么样的运动？

B、受几个力的作用？合力是恒力吗？如果是恒力振子将做什么运动？

C、振子在运动过程中所受的合力就是弹簧　的弹力。弹力的大小跟哪些量有关？

弹簧被拉长时，振子受到的弹力方向是什么方向？

弹簧被压缩时，振子受到的弹力方向是什么方向？

D、平衡位置：振子静止时，弹簧没有形变，因而对振子没有弹力作用，O点就是振子的平衡位置。

E、先把振子拉到B，再放开，振子在B、C之间不停地振动。(控制多媒体课件的播放)

a、先研究B→O的过程中：（共同总结）

　　　弹力大小逐渐　　　　　　　　　；弹力的方向始终指向　　　　　　　位置；

　　　弹力产生的加速度逐渐　　　　　　；振子运动的速率逐渐　　　　　　　　；

　　　振子做　　　　　　运动。能量转化　　　　　　　。

　b、当振子经平衡位置的　瞬间：（共同总结）弹力等于　　　　　　　　　；

　　　弹力产生的加速度等于　　　　　　；　振子运动的速率达到　　　　　　　　；

  c、由于惯性，振子不会停止运动，继续向左运动，振子压缩弹簧，弹簧产生一个阻碍振子运动的力，在由O→C的运动的过程中：（共同总结）

　　　弹力大小逐渐　　　　　　　　　；弹力的方向始终指向　　　　　　　位置；

　　　弹力产生的加速度逐渐　　　　　　；　振子运动的速率逐渐　　　　　　　　；

　　　振子做　　　　　　运动。能量转化　　　　　　　。

   d、当振子从C→O以及O→B运动过程中，各个物理量又如何？（学生个别回答）

F．这样由B出发，最后又回到B点的运动，就是一次全振动，以后振子就重复上述过程，在B、C之间往复运动。

2．回复力

讨论：振子振动过程中，也受到几个力作用？（重力、气膜的浮力、弹力）（学生共同回答）但与振动有关的力是哪一个？为什么？（重力和气膜的浮力都垂直于水平方向，合力为零，因此，使弹簧振子发生振动的力只有弹簧的弹力）这个力的方向跟振子离开平衡位置的位移方向如何？（方向相反，它的作用能使振子返回平衡位置，所以叫做回复力）

说明：回复力的大小就是弹簧的弹力大小，根据虎克定律可知，F＝kx，又由于这里x表示位移，回复力和位移都为矢量，那么它们的关系应为F=－kx,负号表示回复力跟振子的位移方向相反，k为弹簧的劲度系数。（一般情况下k为比例常数，但这里就是弹簧的劲度系数）（演示课件中的矢量的变化）

3、简谐运动的定义

定义：像弹簧振子那样，物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的力作用下的振动叫做简谐振动。

说明：简谐运动是最简单、最基本的运动。一般物体做机械振动时比较复杂的，并不一定是做简谐振动，只有在振动中所受到的回复力符合F=－kx的规律的振动才是简谐振动。

三．例题：简谐振动是下列哪一种运动：

　A．匀变速运动；　B．匀速直线运动；　C．变加速运动；　D．匀加速直线运动。

2．作简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，一定相同的物理量：

　A．速度；　B．位移；　C．回复力；　D．加速度。

3．简谐运动的物体每次通过平衡位置时；

　A．位移为零，动能为零；　　　　B．动能最大，势能最小；

　C．速度最大，振动加速度为零；　D．速度最大，振动加速度不一定为零。

练习：1。弹簧振子作简谐运动时，以下说法正确的是：

　A．振子通过平衡位置时，回复力一定为零；

　B．振子作减速运动，加速度却在增大；

　C．振子向平衡位置运动时，加速度方向与速度方向相反；

　D．振子远离平衡运动时，加速度方向与速度方向相反。

2．物体作简谐运动时：

　A．平衡位置是指合力最大的位置；

　B．物体通过平衡位置时，回复力为零；

　C．物体通过平衡位置时回复力不一定为零；

　D．物体所受合力是变力。

3．如图所示，是一弹簧振子，设向右方向为正，O为平衡位置，则：

　A．A→O位移为负值，速度为正值；

　B．O→B时，位移为正值，加速度为负值；

　C．B→O时，位移为负值，速度为负值；

　D．O→A时，位移为负值，加速度为正值。

五、小结：1、振动现象是广泛存在的。如风吹树枝引出树枝的摆动，缝纫机的上下运动等。2、物体会做振动是由于当它离开平衡位置后，就会受到一个使它回复到平衡位置的力的作用，所以必须受到回复力的作用是使物体产生振动的条件。

3、简谐振动是最简单最基本的机械振动，只有符合回复力F合＝－kx的振动才是简谐振动。

附：板书设计机械振动和机械波

简谐运动

一．   机械振动：物体在某一中心位置两侧所做的往复运动。

二．   简谐运动

　　1．几个有关的物理量：弹簧振子、平衡位置、全振动

　　2．回复力：使振动物体返回平衡位置的力。

　　回复力与位移的关系：F=－kx

　　3．定义：物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的力作用下的振动叫做简谐振动。