2019-2020年新課標教科版3-4選修三1.1《簡諧運動》WORD教案1.doc
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2019-2020年新課標教科版3-4選修三1.1《簡諧運動》WORD教案1 【教學目標】: 1.認識機械振動; 2.認識彈簧振子,能分析彈簧振子運動過程中各物理量的變化。 3.通過對彈簧振子的研究,了解回復力和簡諧運動的概念。 4.了解描述簡諧運動特征的物理量:振幅、周期、頻率。 【教學重點】: 研究彈簧振子并分析彈簧振子的振動過程。 【教學難點】: 分析彈簧振子運動過程中各物理量的變化規(guī)律。 【教學流程】: 新課引入,生活中的機械振動(平衡位置)——彈簧振子——研究彈簧振子的運動過程——簡諧運動及其特征的描述——總結 【教學過程】: 一、 機械振動 1.機械振動及特點 我們在生活中常提到一詞“振動”,這樣一種運動形式在生活中很常見,請列舉你所知道的“振動”。 (鐘擺、樹梢在微風中搖擺、蕩秋千、挑著物體行走時扁擔顫動、撥動琴弦后琴弦振動、水中浮標上下浮動、地震、手機振動……) 演示實驗,掛在彈簧中間的物塊,左右做往復運動。 提問:根據前面列舉的例子、演示的實驗,振動這樣一種運動形式有什么樣的特點呢? (在某一位置周圍往復運動,有一個“中心位置”,往復運動意味著具有“周期性”特點) 我們把具有這樣特點的運動(在某一中心位置兩側做往復運動)叫做機械振動,也通常簡稱“振動”。我們今天開始學習的新的一章,就主要研究機械振動這種運動形式的特點。 這些特點給我們后面的研究一些啟示:(1)“中心位置”很重要;(2)我們研究一次完整的運動情況就可以推測之后的運動情況。 2.平衡位置 首先來看“中心位置”,在振動過程中,物體以這個特殊位置為中心做往復運動,那這個位置到底如何確定呢? 請再看演示實驗,如果物塊不振動,它會靜止在中間。只有讓物塊離開原來的位置并且釋放,物塊才開始振動。而振動開始后,物塊做往復運動的中心位置就是靜止時的位置。我們把這個位置叫做“平衡位置”,它是物體振動時做往復運動的中心位置,也是物體停止振動時所在的位置。 二、彈簧振子 現(xiàn)在我們來研究這種往復運動的特點。生活中的振動往往很復雜,我們現(xiàn)在尋找一個很簡單的模型來研究。光滑的水平桿上套著一個小球,彈簧一端固定,另一端連接在小球上,小球在桿上滑動,小球和水平桿之間的摩擦忽略不計,彈簧質量忽略不計。這樣的系統(tǒng)稱為彈簧振子。在這樣的系統(tǒng)中,彈簧質量不計,可以只研究小球的運動,小球常稱為振子。小球受力分析,豎直方向重力和支持力平衡,水平方向上只受彈簧彈力。不一定要用桿,只需要讓豎直方向上重力和支持力平衡,水平只受彈簧彈力即可,也可以放置在光滑水平面上。 課堂上無法演示彈簧振子裝置,因為小球和水平桿的摩擦較大,無法忽略。視頻演示,氣墊導軌上彈簧振子裝置。 振子靜止時處于平衡位置O點,彈簧沒有發(fā)生形變,長度為原長。把振子拉伸(或壓縮)到某一位置釋放,振子開始振動。注意觀察彈簧拉伸和壓縮的最大位置,還有運動在時間上有什么特點。 播放視頻,觀察到OA=OA’。 用flash演示彈簧振子運動模型,反復觀看。 請學生討論,能夠觀察到哪些運動特點? (強調對振子運動對稱性的體驗) 三、 研究彈簧振子的運動過程 深入地研究振子的運動情況,需要關注描述振子運動的物理量:位移、速度、加速度、能量。描述時注意位移、速度、加速度都是矢量,不僅關注大小,還需要關注方向。 為了便于描述,建立一個一維坐標系,(學生回答:以平衡位置O點為坐標原點,建立Ox坐標軸,)向右為x軸正方向。振子在任何時刻相對于O點的距離,可以用x來表示。規(guī)定了正方向,其它物理量的方向也能方便地表達。 振動具有周期性的特點,因此我們只需要研究一次完整的振動,例如振子從A點經O點到達A’點后再經O點返回到A’的一次完整的振動過程。引導學生發(fā)現(xiàn)A點、O點和A’點都是特殊的位置,可以研究振子在這幾點時狀態(tài),以及振子在各點之間運動的特點。 示范分析振子在A點時的運動狀態(tài):在A點時,位移的方向是正的,位移大小達到最大值;速度大小為零,因為A點是振子向右運動的最遠點;加速度不能直接觀察得出來,但是可以根據振子的受力分析和牛二定律得到。振子在水平方向上只受彈簧彈力,在A點時彈簧對振子的彈力方向是負的,彈簧伸長到最大程度,對振子的彈力最大,因此加速度沿著x軸負方向,大小達到最大值。 從A點到O點的運動與O點到A’點的運動不同,分別分析。帶領學生分析振子從A點到O點過程中位移、速度、加速度的變化。位移沿x軸正向,大小逐漸減??;速度沿x軸負方向,逐漸增大;根據彈簧彈力變化得到加速度沿x軸負方向,逐漸減小。請學生自己分析討論O點、A點時狀態(tài)及剩下幾段運動過程位移、速度、加速度的變化。 總結在整個過程中位移、速度、加速度的變化,給Flash演示。 再從能量的角度描述彈簧振子的這個運動過程,系統(tǒng)具有機械能,包括動能和彈性勢能。請學生簡單分析運動過程中能量的變化。 給出總結的表格,并引導學生體會彈簧振子振動過程中的對稱性。 四、 簡諧運動 1. 回復力與簡諧運動的定義 前面研究了彈簧振子的運動特點,是單純從運動學的角度去進行描述。那么彈簧振子為什么能做往復運動呢?在彈簧彈力的作用下運動。在彈簧振子模型中,彈簧彈力有什么特點能保持振子一直在平衡位置兩側振動呢?引導學生分析,當振子偏離平衡位置時,彈力總是與位移方向相反,總是指向平衡位置。正是因為有一個這樣的力,物體一旦偏離平衡位置就會努力想把它拉回來,所以振動的物體總能在平衡位置周圍做往復運動。我們把這樣的力叫做回復力?;貜土κ且粋€按效果命名的力。 在彈簧振子模型中,彈簧彈力遵循胡克定律,F(xiàn)=-kx,這個回復力還有一個特點,力的大小與位移大小成正比。我們把這樣回復力與位移成線性關系的振動叫做簡諧運動。彈簧振子的運動就是一個簡諧運動的模型。簡諧運動是最簡單、最基本的振動,一切復雜的振動都是可以看成若干簡諧運動的疊加。 課件展示其它簡諧運動的實例:鐘擺的運動、豎直彈簧振子運動等。 2.簡諧運動特征的描述 前面研究彈簧振子的運動,關注了每個時刻振子的運動狀態(tài)。而對于整個振動過程的特點,例如振動的幅度、快慢等,還需要物理量來描述。 振動物體離開平衡位置的最大距離,成為振動的振幅,它表示振動的強弱。從能量的角度看,振幅也是表現(xiàn)能量大小的物理量。 振動的快慢用周期和頻率來描述。振子每完成一次全振動所用的時間都是相同的,這個時間叫做周期T。單位時間內完成全振動的次數(shù)叫做頻率,用f表示,有f=1/T。注意一次全振動的概念。前面舉例的由A點經O到A’點,又由A’經O回到A點叫一次全振動。選擇其它位置開始計時,經過振動又一次回到這一點也叫一次全振動。兩種選擇相位不同而已。 五、 總結 本節(jié)課研究機械振動,介紹了彈簧振子這種簡單的振動模型,并研究它的運動特點。通過對彈簧振子的研究,介紹了最簡單最基本的振動——簡諧運動。- 配套講稿:
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