高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册1 简谐运动教学设计

导入新课

思考1：我们以前学过哪些运动形式？

加速度大小方向都不变的匀变速直线运动。（自由落体运动）

加速度大小方向都不变的匀变速曲线运动。（平抛运动）

加速度大小不变方向改变的变加速曲线运动。（匀速圆周运动）

思考2：这些运动的共同点是什么?

观察图片，回答问题。

观看视频和演示，总结所演示运动的特点。

复习旧知识，建立高中所学习的运动类型的知识框架。

讲授新课

 一、机械振动

1、定义：物体在平衡位置附近的往复运动。

思考3：这些运动的共同特点是什么？

2、特点：

（1）平衡位置——“对称性”。

       振动停止时物体所在的位置

（2）往复运动——“周期性”

课堂练习1、简单应用：下列运动中属于机械振动的是（    ）

A、树枝在风的作用下的运动

B、竖直向上跑出的物体的运动

C、说话时声带的振动

D、爆炸声引起的窗扇的运动

答案：ACD

二、弹簧振子——理想化模型

1、概念：

小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，有时也把这样的小球称做弹簧振子或简称振子。

2、理性化模型：

（1）不计阻力

（2）弹簧的质量与小球相比可以忽略。

思考4：振子的运动是怎样一种运动呢？

（视频演示）

三、弹簧振子的位移——时间图像

 研究弹簧振子的运动

振子的位移x都是相对于平衡位置的位移，以平衡位置为坐标原点O，沿振动方向建立坐标轴。规定在O点右边时位移为正，在左边时位移为负。

 图像绘制方法

（1）、频闪照相

（2）、描图记录法

体验：一同学匀速拉动一张白纸，另一同学沿与纸运动方向相垂直方向用笔往复画线段，观察得到的图象。

做一做：用数码相机和计算机绘制弹簧振子的x—t 图像

如图所示的装置可以视为弹簧振子吗？

请尝试用数码相机拍摄钢球的运动。通常每隔0.04s(这个时间间隔通常可以设定)数码相机就会拍摄一帧照片。拍摄时最好把钢球的位置放在取景框的最左侧。

在计算机中建立一个幻灯片的演示文稿，把这些照片插入文稿中的同一张空白幻灯片中，照片会按拍摄时间的先后一帧一帧自动向右平铺开来。最终可以得到什么样的结果？

四、简谐运动及其图像

1、什么是简谐运动？

如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象（x—t图象）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。简谐运动是最简单、最基本的运动。

2、简谐运动的特点是什么？

简谐运动是最简单、最基本的振动，其振动过程关于平衡位置对称，是一种往复运动．弹簧振子的运动就是简谐运动．

3、请画出简谐运动的图象

4、由图像可知位移、速度有哪些特点？

(1)位移：方向始终背离平衡位置，每经过平衡位置位移方向发生改变；远离平衡位置时位移增大，靠近平衡位置时位移减小。

(2)速度：每经过最大距离处速度方向发生改变，远离平衡位置（位移增大）时速度方向和位移方向相同，靠近平衡位置（位移减小）时速度方向和位移方向相反。

课堂练习2、正误判断

(1)简谐运动就是指弹簧振子的运动。(　　)

解析:只要运动的x-t图像满足正弦曲线,该运动即为简谐运动。

(2)简谐运动是机械振动中最简单、最基本的一种运动。(　　)

(3)只要有弹簧、物体,就可以组成弹簧振子。(　　)

解析:弹簧振子是一种理想模型,它要求物体与水平杆之间的摩擦忽略不计,弹簧的质量比物体的质量小得多,也可以忽略不计。

(4)振动的物体可以做直线运动,也可以做曲线运动。(　　)

(5)振动物体的位移都是以平衡位置为初位置的。(　　)

(6)振动图像是振子的运动轨迹。(　　)

解析:振动图像是振子相对平衡位置的位移随时间变化的图像,不是运动轨迹。

答案：错、对、错、对、对、错

完成思考问题。

完成课堂练习。

了解弹簧振子的模型结构，观察弹簧振子的运动，总结弹簧振子的运动特点。

观察振子的运动轨迹，尝试画出弹簧振子的位移时间图像。

通过正确的方法再次画出弹簧振子的位移时间图像。

采用不同的方法画出弹簧振子的x-t图像。

通过画图，总结简谐运动图像的特点。

知道什么样的运动是简谐运动。

完成课堂练习。

给出机械振动的概念之后，再次思考机械振动的特点，规范学生的描述问题时的物理语言。

通过动画和实物演示弹簧振子的运动，让学生通过观察总结弹簧振子运动的特点。

先让学生根据自己对弹簧振子位移特点的认识，尝试画出振子的位移时间图像。

再通过演示位移时间图像的正确画法，通过试错，掌握位移时间图像的特点。

让学生尽可能多的动手操作，提高学生的动手操作能力。

通过画图和练习，帮助学生总结简谐运动的特点和规律。

拓展提高

1、关于水平放置的弹簧振子的运动,下列说法正确的是(　　)

A.若位移为负值,则速度一定为正值,加速度也一定为正值

B.振子通过平衡位置时,速度为零,加速度最大

C.振子每次通过平衡位置时,加速度相同,速度也一定相同

D.振子每次通过同一位置时,其速度不一定相同,但加速度一定相同

解析:如图所示,因为弹簧振子的位移是以平衡位置O为起点的,设向右为正,则当振子在OB段时,位移为正,在OA段时位移为负,可见当振子由O向A运动时其位移为负值,速度也是负值,故选项A错误;振子在平衡位置时,弹力为零,加速度a为零,但速度最大,故选项B错误;振子在平衡位置O时,速度方向可以是不同的,故选项C错误;位移相同时,弹簧产生弹力相同,加速度a相同,但振子在该点的速度方向可以向左,也可以向右,故选项D正确。

答案:D

2、(多选)对于弹簧振子的简谐运动,下述说法正确的是 (　　)

A.振子通过平衡位置时,加速度最小

B.振子在最大位移处时,速度最大

C.振子在连续两次通过同一位置时,速度相同

D.振子连续两次通过同一位置时,动能相同

解析:振子经过平衡位置时加速度为零,故选项A正确;振子在最大位移处时速度最小,故选项B错误;振子连续两次通过同一位置时,速度大小相同,方向相反,故选项C错误;动能是标量,振子经过同一位置时速度的大小相同,则动能相同,故选项D正确。

答案:A D

3、一简谐运动的图像如图所示,在0.1~0.15 s这段时间内(　　)

A.加速度增大,速度变小,加速度和速度方向相同

B.加速度增大,速度变小,加速度和速度方向相反

C.加速度减小,速度变大,加速度和速度方向相同

D.加速度减小,速度变大,加速度和速度方向相反

解析:由题图可知,在0.1~0.15 s这段时间内,位移为负且增大,表明物体远离平衡位置运动,则加速度增大,速度减小,加速度与速度方向相反,故选项B正确。

答案:B

完成拓展提高。

通过练习巩固基础知识

课堂小结

一、机械振动

二、弹簧振子

1、平衡位置

2、理想化模型

三、位移-时间图像

1、速度、位移、加速度

2、正弦曲线

总结本节课所学习知识。

总结基础知识，建立知识框架。

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