2019-2020年高中物理 1.3 簡諧運(yùn)動的圖象和公式教案 教科版選修3-4.doc

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2019-2020年高中物理 1.3 簡諧運(yùn)動的圖象和公式教案 教科版選修3-4課題簡諧運(yùn)動的圖像和公式課型新授課課時數(shù)1課時教學(xué)目標(biāo)1、知道振幅、周期和頻率的概念，知道全振動的含義。2、了解初相和相位差的概念，理解相位的物理意義。3、了解簡諧運(yùn)動位移方程中各量的物理意義，能依據(jù)振動方程描繪振動圖象。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。教學(xué)過程主 要 內(nèi) 容（教師填教法或點(diǎn)撥的方法,學(xué)生填知識要點(diǎn)或反思）一、二、三、四、 五、【預(yù)習(xí)導(dǎo)引】上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了簡諧運(yùn)動，簡諧運(yùn)動也是一種往復(fù)性的運(yùn)動，所以研究簡諧運(yùn)動時我們也有必要像勻速圓周運(yùn)動一樣引入周期、頻率等能反映其本身特點(diǎn)的物理量。本節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)描述簡諧運(yùn)動的幾個物理量?！窘?gòu)新知】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?，F(xiàn)象：兩種情況下，彈簧振子振動的范圍大小不同；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)別振幅是指振動物體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。對于一個給定的振動，振子的位移是時刻變化的，但振幅是不變的。位移是矢量，振幅是標(biāo)量。振幅等于最大位移的數(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。OAA在判斷是否為一次全振動時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)到與起始時刻完全相同時，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。周期：做簡諧運(yùn)動的物體完成一次全振動所需的時間，叫做振動的周期，單位：s。頻率：單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù)，叫頻率，單位：Hz，1Hz=1 s-1。周期和頻率之間的關(guān)系：T= 研究彈簧振子的周期問題：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)過平衡位置的時刻作為開始計時的時刻。c振動周期的求解方法：T= ，t表示發(fā)生n次全振動所用的總時間。d給學(xué)生發(fā)秒表，全班同學(xué)同時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，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，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，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，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)。（簡諧運(yùn)動的周期公式T=2，式中m為振子的質(zhì)量，k為比例常數(shù)）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釋放，讓它們做簡諧運(yùn)動?，F(xiàn)象：兩個簡諧運(yùn)動在同一方向同時達(dá)到位移的最大值，也同時同方向經(jīng)過平衡位置，兩者振動的步調(diào)一致。對于同時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，但不同時釋放，先把第一個放開，當(dāng)它運(yùn)動到平衡位置時再放開第二個，讓兩者相差1/4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，第二個小球又回到平衡位置，而當(dāng)?shù)诙€擺球到達(dá)另一方的最高點(diǎn)時，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 x=Asin（t+）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：=2f；公式中的（t+）表示簡諧運(yùn)動的相位，t=0時的相位叫做初相位，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+）=21討論： 一個物體運(yùn)動時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）甲和乙兩個簡諧運(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 【知識運(yùn)用】【例題1】兩個簡諧振動分別為x1=4asin（4bt+） 和x2=2asin（4bt+） 求它們的振幅之比、各自的頻率，以及它們的相位差。解析：據(jù)x=Asin（t+）得到：A1=4a，A2=2a。又=4b及=2f得：f=2b它們的相位差是：【例題2】如圖所示是A、B兩個彈簧振子的振動圖象，求它們的相位差。 t/sx/cmOA0.20.40.5解析：這兩個振動的周期相同，所以它們有確定的相位差，從圖中可以看出，B的振動比A滯后1/4周期，所以兩者的相位差是=【課堂訓(xùn)練】某簡諧運(yùn)動的位移與時間關(guān)系為：x=0.1sin（100t+）cm，由此可知該振動的振幅是_cm，頻率是 Hz，t=0時刻振動物體的位移與規(guī)定正方向_（填“相同”或“相反”），t=時刻振動物體的位移與規(guī)定正方向_（填“相同”或“相反”）。 六、教學(xué)反思七、課后作業(yè): 課本中本節(jié)課后練習(xí)1、2