廣東省高二物理上冊必修二第五單元《簡諧運動的描述》全套教案

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1、廣東省高二物理上冊 必修二第五單元《簡諧運動的描述》全套教案 課題及內(nèi)容 《簡諧運動的描述》總課時數(shù)2 學前準備 教師啟發(fā)、引導，學生自主閱讀、思考，討論、交流學習成果。多媒體課件以聲首回 面渲染氣氛，突出教學目標。 教學 目標 1 .理解振幅、周期和頻率的概念，知道全振動的含義。 2 .了解初相位和相位差的概念，理解相位的物理意義。 3 .了解簡諧運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。 4 .理解簡諧運動圖象的物理意義，會根據(jù)振動圖象判斷振幅、周期和頻率等。 教學 重、難 占 八、、 重點難點：對簡諧運動的振幅、周期、頻率、全振動等概念的理

2、解 ，相位的物理意 義。 教學環(huán)節(jié) 1.描述簡諧運動的物理量 (1)振幅 振幅是振動物體離開平衡位置的①最大跑離。振幅的②兩倍表示的是振動的物體運動范圍的 大小。 (2)全振動 振子以相同的速度相繼通過同一位置所經(jīng)歷的過程稱為一次③全振動，這一過程是一個完整 的振動過程,振動質點在這一振動過程中通過的路程等于④4 倍的振幅。 (3)周期和頻率 做簡諧運動的物體，完成⑤一次全振動的時間，叫作振動的周期；單位時間內(nèi)完成⑥全振動的 次數(shù)叫作振動的頻率。在國際單位制中，周期的單位是⑦秒，頻率的單位是⑧赫茲。用T表示 周期，用f表示頻率，則周期和頻率的關系是⑨f二。 ⑷相位 在物

3、理學中,我們用/、同的⑩相位來描述周期性運動在各個時刻所處的/、同狀態(tài)。 2.簡諧運動的表達式 ⑴根據(jù)數(shù)學知識，xOy坐標系中正弦函數(shù)圖象的表達式為y=Asin(⑴x+小)。 (2)簡諧運動中的位移(x)與時間(t)關系的表達式為x=Asin( cot +小)，其中A代表簡諧運動 的振幅，⑴叫作簡諧運動的“圓頻率”，cot+小代表相位。 1 .彈簧振子的運動范圍與振幅是什么關系 ？ 解答：彈簧振子的運動范圍是振幅的兩倍。 2 .周期與頻率是簡諧運動特有的概念嗎？ 解答：不是。描述任何周期性過程，都可以用這兩個概念。 3.如果兩個振動存在相位差，它們振動步調(diào)是否相同？ 解答：不

4、同。 主題1:振幅 問題:(1)同一面鼓，用較大的力敲鼓面和用較小的力敲鼓面，鼓面的振動有什么不同？聽上去 感覺有什么不同？ ⑵根據(jù)(1)中問題思考振幅的物理意義是什么？ 解答：(1)用較大的力敲，鼓面的振動幅度較大，聽上去聲音大；反之，用較小的力敲，鼓面的振 動幅度較小，聽上去聲音小。 (2)振幅是描述振動強弱的物理量，振幅的大小對應著物體振動的強弱。 知識鏈接：簡諧運動的振幅是物體離開平衡位置的最大距離，是標量,表示振動的強弱和能量， 它不同于簡諧運動的位移。 主題2:全振動、周期和頻率 問題:(1)觀察課本“彈簧振子的簡諧運動”示意圖，振子從P0開始向左運動，怎樣才算完

5、成了 一次全振動？列出振子依次通過圖中所標的點。 (2)閱讀課本，思考并回答下列問題：周期和頻率與計時起點(或位移起點)有關嗎？頻率越大， 物體振動越快還是越慢？振子在一個周期內(nèi)通過的路程和位移分別是多少？ (3)完成課本“做一做”，猜想彈簧振子的振動周期可能由哪些因素決定？假如我們能看清楚 振子的整個運動過程，那么從什么位置開始計時才能更準確地測量振動的周期？為什么？ 解答：(1)振子從P0出發(fā)后依次通過Q M O PR M P0的過程，就是一次全振動。 (2)周期和頻率與計時起點(或位移起點)無關；頻率越大，周期越小，表示物體振動得越快。振 子在一個周期內(nèi)通過的路程是4倍的振幅，

6、而在一個周期內(nèi)的位移是零。 (3)影響彈簧振子周期的因素可能有振子的質量、彈簧的勁度系數(shù)等；從振子經(jīng)過平衡位置時 開始計時能更準確地測量振動周期，因為振子經(jīng)過平衡位置時速度最大，這樣計時的誤差最 小。 知識鏈接：完成一次全振動，振動物體的位移和速度都回到原值(包括大小和方向),振動物體 的路程是振幅的4倍。 主題3:簡諧運動的表達式 問題：閱讀課本有關“簡諧運動的表達式”的內(nèi)容，討論下列問題。 (1) 一個物體運動時其相位變化多少就意味著完成了一次全振動？ (2)若采用國際單位，簡諧運動中的位移(x)與時間(t)關系的表達式x=Asin(⑴t+小)中⑴t+小 的單位是什么？ (

7、3)甲和乙兩個簡諧運動的頻率相同，相位差為，這意味著什么？ 解答：(1)相位每增加2兀就意味著完成了一次全振動。 （2）⑴t+小的單位是弧度。 （3）甲和乙兩個簡諧運動的相位差為，意味著乙（甲）總是比甲（乙）滯后個周期或次全振動。 知識鏈接：頻率相同的兩個簡諧運動，相位差為0稱為“同相”，振動步調(diào)相同；相位差為冗稱 為“反相”，振動步調(diào)相反。 1.（考查對全振動的理解）如圖所示，彈簧振子以O為平衡位置在R C間做簡諧運動，則（）。 A.從B-OX為一次全振動 B.從O3 A OX為一次全振動 C.從 gO->B- OX 為一次全振動 D.從 A8 AB-0為一次全振動 【解析

8、】選項A對應過程的路程為2倍的振幅，選項B對應過程的路程為3倍的振幅，選項C 對應過程的路程為4倍的振幅，選項D對應過程的路程大于3倍的振幅，又小于4倍的振幅，因 此選項A、R D均錯誤，選項C正確。 【答案】C 【點評】要理解全振動的概念，只有振動物體的位移與速度第一次同時恢復到原值，才是完成 一次全振動。 2 .（考查簡諧運動的振幅和周期）周期為T=2 s的簡諧運動，在半分鐘內(nèi)通過的路程是60 cm, 則在此時間內(nèi)振子經(jīng)過平衡位置的次數(shù)和振子的振幅分別為（）。 A.15 次,2 cmB.30 次,1 cm C.15 次,1 cm D.60 次,2 cm 【解析】振子完成一次全振

9、動經(jīng)過軌跡上每個位置兩次（除最大位移處外），而每次全振動振子 通過的路程為4個振幅。 【答案】B 【點評】一個周期經(jīng)過平衡位置兩次，路程是振幅的4倍。 3 .圖示為質點的振動圖象，下列判斷中正確的是（）。 A.質點振動周期是8 s B.振幅是4 cm C.4 s末質點的速度為負，加速度為零 D.10 s末質點的加速度為正，速度為零 【解析】由振動圖象可得，質點的振動周期為8 s,A對;振幅為2 cm,B錯;4 s末質點經(jīng)平衡位 置向負方向運動，速度為負向最大，加速度為零。對;10 s末質點在正的最大位移處，加速度為 負值，速度為零,D錯。 【答案】AC 【點評】由振動圖象可

10、以直接讀出周期與振幅，可以判斷各個時刻的速度方向與加速度方向。 4.（考查簡諧運動的表達式）兩個簡諧運動分別為x1=4asin（4冗bt+兀）和 x2=2asin（4冗bt+兀），求它們的振幅之比、各自的頻率，以及它們的相位差。 【解析】根據(jù)x=Asin（⑴t+?。┑?A1=4a,A2=2a,故振幅之比==2 由⑴=4兀b及⑴二2兀f得：二者的頻率都為f=2b 它們的相位差：（4冗bt+冗）-（4冗bt+兀）=兀，兩物體的振動情況始終反相。 【答案】2 ： 1 2b 2b冗 【點評】要能根據(jù)簡諧運動的表達式得出振幅、頻率、相位。 拓展一：簡諧運動的表達式 1 .某做簡諧運動的

11、物體，其位移與時間的變化關系式為x=10sin 5 tt t cm,則： (1)物體的振幅為多少？ (2)物體振動的頻率為多少？ ⑶ 在時間t=0.1 s時，物體的位移是多少？ (4)畫出該物體簡諧運動的圖象。 【分析】簡諧運動位移與時間的變化關系式就是簡諧運動的表達式，將它與教材上的簡諧運動 表達式進行對比即可得出相應的物理量。 【解析】簡諧運動的表達式x=Asin( wt+小)，比較題中所給表達式x=10sin 5 tt t cm可知： ⑴振幅A=10 cm ⑵物體振動的頻率f= =Hz=2.5 Hz。 (3)t=0.1 s 時位移 x=10sin(5 兀 x 0.1) c

12、m=10 cm。 ⑷該物體簡諧運動的周期T==0.4 s,簡諧運動圖象如圖所示。 【答案】(1)10 cm (2)2.5 Hz (3)10 cm (4)如圖所示 【點撥】在解答簡諧運動表達式的題目時要注意和標準表達式進行比較，知道A、⑴、小各物 理量所代表的意義，還要能和振動圖象結合起來。 拓展二：簡諧振動的周期性和對稱性 ? 2.如圖甲所示，彈簧振子以。點為平衡位置做簡諧運動，從。點開始計時，振子第一次到達M點 用了 0.3 s的時間，又經(jīng)過0.2 s第二次通過M點，則振子第三次通過M點還要經(jīng)過的時間可 能是()。 A. sB. s C.1.4 sD.1.6 s 【分析】題

13、目中只說從。點開始計時，并沒說明從。點向哪個方向運動，它可能直接向M點運 動,也可能向遠離M點的方向運動，所以本題可能的選項有兩個。 乙 【解析】如圖乙所示，根據(jù)題意可知振子的運動有兩種可能性，設t1=0.3 s,t2=0.2 s 第一種可能性:=t1+=(0.3+ ) s=0.4 s,即 T=1.6 s 所以振子第三次通過 M點還要經(jīng)過的時間t3=+2t1=(0.8+2 X0.3) s=1.4 s 第二種可能性：t1-+=,即丁= s 所以振子第三次通過 M點還要經(jīng)過的時間t3=t1+(t1- )=(2 X 0.3 - ) s= s 。 【答案】AC 【點撥】解答這類題目的關鍵是理解簡諧運動的對稱性和周期性。明確振子往復通過同一點 時，速度大小相等、方向相反；通過關于平衡位置對稱的兩點時，速度大小相等、方向相同或相 反;往復通過同一段距離或通過關于平衡位置對稱的兩段距離時所用時間相等。另外要注意， 因為振子振動的周期性和對稱性會造成問題的多解，所以求解時別漏掉了其他可能出現(xiàn)的情 況。 板書 隨堂測驗 完成課后習題 教學反思 主要采用問答法、討論法和講解法。讓學生在問答的形式中，主動發(fā)表自己的見 解；通過老師的必要講解，鞏固和加深學生對較難問題的理解與掌握。