简谐运动的描述物理教案

简谐运动的描述物理教案

教学目标：

1.知识与技能

(1)知道简谐运动的振幅、周期和频率的含义。理解周期和频率的关系。

(2)知道振动物体的固有周期和固有频率，并正确理解与振幅无关。

(3)理解振动图像的物理意义，能利用图像求振动物体的振幅、周期及任意时刻的位移;会将振动图像与振动物体在某时刻位移与位置对应，并学会在图象上分析与位移x有关的物理量。(4)知道简谐运动的公式表示X=Asinwt，知道什么是简谐运动的圆频率，知道简谐运动的圆频率和周期的关系。

2.过程与方法：观察砂摆演示实验中拉动木板匀速运动，让学生学会这是将质点运动的位移按时间扫描的基本实验方法。

3.渗透物理方法的教育：提高学生观察、分析、实验能力和动手能力，从而让学生知道实验是研究物理科学的重要基础。

教学重点：振幅、周期和频率的物理意义;简谐运动图象的物理意义

教学难点：理解振动物体的固有周期和固有频率与振幅无关;振动图象与振动轨迹的区别;圆频率与周期的关系

教学器材：弹簧振子，音叉，课件;砂摆实验演示：砂摆、砂子、玻璃板(或长木板)

教法与学法：实验观察、讲授、讨论，计算机辅助教学

教学过程设计:

第一课时

1.新课引入

上节课讲了简谐运动的现象和受力情况。我们知道振子在回复力作用下，总以某一位置为中心做往复运动。现在我们观察弹簧振子的运动。将振子拉到平衡位置O的右侧，放手后，振子在O点的两侧做往复运动。振子的运动是否具有周期性?

在圆周运动中，物体的运动由于具有周期性，为了研究其运动规律，我们引入了角速度、周期、转速等物理量。为了描述简谐运动，也需要引入新的物理量，即振幅、周期和频率。

板书二振幅、周期和频率(或投影)

2.新课讲授

实验演示：观察弹簧振子的运动，可知振子总在一定范围内运动。说明振子离开平衡位置的距离在一定的数值范围内，这就是我们要学的第一个概念——振幅。

板书1、振动的振幅

在弹簧振子的振动中，以平衡位置为原点，物体离开平衡位置的距离有一个最大值。如图所示(用投影仪投影)，振子总在AA’间往复运动，振子离开平衡位置的最大距离为OA或OA’，我们把OA或OA’的大小称为振子的振幅。

板书(1)、振幅A：振动物体离开平衡位置的最大距离。

我们要注意，振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离，而不是最大位移。这就意味着，振幅是一个数值，指的是最大位移的绝对值。

板书振幅是标量，表示振动的强弱。

实验演示：轻敲一下音叉，声音不太响，音叉振动的振幅较小，振动较弱。重敲一下音叉，声音较响，音叉振动的振幅较大，振动较强。振幅的单位和长度单位一样，在国际单位制中，用米表示。

板书(2)、单位：m

由于简谐运动具有周期性，振子由某一点开始运动，经过一定时间，将回到该点，我们称振子完成了一次全振动。振子完成一次全振动，其位移和速度的大小、方向如何变化?

学生讨论后得出结论：振子完成一次全振动，其位移和速度的大小、方向与从该点开始运动时的位移和速度的大小、方向完全相同。

在匀速圆周运动中，物体运动一个圆周，所需时间是一定的。观察振子的运动，并用秒表或脉搏测定振子完成一次全振动的时间，我们通常测出振子完成20～30次全振动的时间，从而求出平均一次全振动的时间。可以发现，振子完成一次全振动的时间是相同的。

板书2、振动的周期和频率

(1)、振动的周期T：做简谐运动的物体完成一次全振动的时间。

振动的频率f：单位时间内完成全振动的次数

(2)、周期的单位为秒(s)、频率的单位为赫兹(Hz)。

板书(3)、周期和频率都是表示振动快慢的物理量。两者的关系为T=1/f或f=1/T

举例来说，若周期T=0.2s，即完成一次全振动需要0.2s，那么1s内完成全振动的次数，就是1/0.2=5s-1.也就是说，1s钟振动5次，即频率为5Hz.

提出问题：振子的周期或频率与什么因素有关呢?

学生猜想：可能与振子的振幅、质量与弹簧的劲度系数有关，要求给出猜想理由并设计实验证明猜想。实验1：用两个一样的弹簧振子，拉到不同的振幅，用秒表或者脉搏计时实验演示：观察两个弹簧振子，比较一下这两个振子的周期和频率。演示实验表明，振幅不同的同一个弹簧振子，周期和频率相同。即：同一个振子,其完成一次全振动所用时间是不变的,但振动的幅度可以调节.不同的振子,虽振幅可相同,但周期是不同的.

板书3、简谐运动的周期或频率与振幅无关

实验演示(引导学生注意听)：敲一下音叉,声音逐渐减弱,即振幅逐渐减小,但音调不发生变化,即频率不变.

实验2：我们继续观察两个劲度系数不同的同质量振子的运动,我们可以认识到,弹簧振子的振动周期与弹簧的劲度系数有关，劲度系数较大时，周期较小.

实验3：我们继续观察两个劲度系数相同的质量不同的振子的运

动,我们用同一弹簧，拴上质量较小和较大的小球，在振幅相同时，分别测出振动的周期T2和T2′，比较后得到结论.弹簧振子的振动周期与振子的质量有关，质量较小时，周期较小.

归纳说明：板书4、振子的周期(或频率)由振动系统本身的性质决定,称为振子的固有周期或固有频率.

例如:一面锣,它只有一种声音,用锤敲锣,发出响亮的锣声,锣声很快弱下去,但不会变调.摆动着的秋千,虽摆动幅度发生变化,但频率不发生变化.弹簧振子在实际的振动中,会逐渐停下来,但频率是不变的.这些都说明所有能振动的物体,都有自己的固有周期或固有频率.

巩固练习(投影)

1.一物体从平衡位置出发,做简谐运动,经历了10s的时间，测的物体通过了200cm的路程.已知物体的振动频率为2Hz，该振动的振幅为多大?

2.A、B两个完全一样的弹簧振子，把A振子移到A的平衡位置右边10cm，把B振子移到B的平衡位置右边5cm，然后同时放手，那么：

A.A、B运动的方向总是相同的.B。A、B运动的方向总是相反的.

C.A、B运动的方向有时相同、有时相反.D。无法判断A、B运动的方向的关系.

3.顶尖P5/例1、2强调对称性是解简谐运动类题目的关键。

布置作业：书P11/1~4;顶尖P7~8/1、6、7、10