1、2020-2021學(xué)年高中物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 3 簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量教案 新人教版選修3-42020-2021學(xué)年高中物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 3 簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量教案 新人教版選修3-4年級(jí)：姓名：- 6 -簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量【教學(xué)目標(biāo)】（一）知識(shí)與技能1、理解簡諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，掌握在一次全振動(dòng)過程中位移、回復(fù)力、加速度、速度變化的規(guī)律。2、掌握簡諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力的特征。3、對(duì)水平的彈簧振子，能定量地說明彈性勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。（二）過程與方法1、通過對(duì)彈簧振子所做簡諧運(yùn)動(dòng)的分析，得到有關(guān)簡諧運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律性的結(jié)論，使學(xué)生知道從個(gè)別到一般的思維方法。2、分析彈簧振子振動(dòng)過程中

2、能量的轉(zhuǎn)化情況，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1、通過物體做簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的回復(fù)力和慣性之間關(guān)系的教學(xué)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到回復(fù)力和慣性是矛盾的兩個(gè)對(duì)立面，正是這一對(duì)立面能夠使物體做簡諧運(yùn)動(dòng)。2、簡諧運(yùn)動(dòng)過程中能量的相互轉(zhuǎn)化情況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行物質(zhì)世界遵循對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律觀點(diǎn)的滲透。【教學(xué)重點(diǎn)】1、簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力特征及相關(guān)物理量的變化規(guī)律。2、對(duì)簡諧運(yùn)動(dòng)中能量轉(zhuǎn)化和守恒的具體分析。【教學(xué)難點(diǎn)】1、物體做簡諧運(yùn)動(dòng)過程中位移、回復(fù)力、加速度、速度等變化規(guī)律的分析總結(jié)。2、關(guān)于簡諧運(yùn)動(dòng)中能量的轉(zhuǎn)化。【教學(xué)方法】實(shí)驗(yàn)演示、討論與歸納、推導(dǎo)與列表對(duì)比、多媒體模擬展示【教學(xué)用具】多媒體課件【教學(xué)過程

3、】（一）引入新課教師：大自然是美麗的，風(fēng)車在田野里轉(zhuǎn)動(dòng)，小鳥通過不斷的振動(dòng)翅膀才能飛得更高更遠(yuǎn)。機(jī)械運(yùn)動(dòng)不僅有平動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)，還包括振動(dòng)。本節(jié)課我們來學(xué)習(xí)簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量 。（二）進(jìn)行新課1簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力（1）振動(dòng)形成的原因（以水平彈簧振子為例）問題：（如圖所示）當(dāng)把振子從它靜止的位置o拉開一小段距離到a再放開后，它為什么會(huì)在aoa之間振動(dòng)呢？分析：物體做機(jī)械振動(dòng)時(shí)，一定受到指向中心位置的力，這個(gè)力的作用總能使物體回到中心位置，這個(gè)力叫回復(fù)力?；貜?fù)力是根據(jù)力的效果命名的，對(duì)于水平方向的彈簧振子，它是彈力。回復(fù)力：振動(dòng)物體受到的總能使振動(dòng)物體回到平衡位置，且始終指向平衡位置的力，叫回復(fù)力?；?/p>

4、復(fù)力是根據(jù)力的作用效果命名的，不是什么新的性質(zhì)的力，可以是重力、彈力或摩擦力，或幾個(gè)力的合力，或某個(gè)力的分力等。振動(dòng)物體的平衡位置也可說成是振動(dòng)物體振動(dòng)時(shí)受到的回復(fù)力為零的位置。形成原因：振子離開平衡位置后，回復(fù)力的作用使振子回到平衡位置，振子的慣性使振子離開平衡位置。（2）簡諧運(yùn)動(dòng)的力學(xué)特征問題：彈簧振子振動(dòng)時(shí)，回復(fù)力與位移是什么關(guān)系？分析：由振動(dòng)過程的分析可知，振子的位移總是相對(duì)于平衡位置而言的，即初位置是平衡位置，位移可以用振子的位置坐標(biāo)x來表示，方向始終從平衡位置指向外側(cè)?；貜?fù)力的方向始終指向平衡位置，因而回復(fù)力的方向與振子的位移方向始終相反。對(duì)水平方向的彈簧振子來說，回復(fù)力就是彈簧的

5、彈力。在彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，彈簧振子的回復(fù)力f跟振子偏離平衡位置的位移x成正比，即 f=-kx式中f為回復(fù)力，x為偏離平衡位置的位移，k是勁度系數(shù)，負(fù)號(hào)表示回復(fù)力與位移的方向總相反。理論研究表明，如果質(zhì)點(diǎn)所受的力與它偏離平衡位置的位移大小成正比，并且總指向平衡位置，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡諧運(yùn)動(dòng)。做簡諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，回復(fù)力總滿足f=-kx的形式。式中k是比例常數(shù)。這就是簡諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征。2簡諧運(yùn)動(dòng)的能量振動(dòng)具有周期性和重復(fù)性，在振動(dòng)過程中，相關(guān)物理量的變化情況分析，只需分析一個(gè)循環(huán)即可。（用cai課件模擬彈簧振子的振動(dòng)，分別顯示分析x、f、a、v、ek、ep、e的變化情況）觀察振子從aoaoa的一個(gè)

6、循環(huán)，這一循環(huán)可分為四個(gè)階段：ao、oa、ao、oa，分析在這四個(gè)階段中上述各物理量的變化，并將定性分析的結(jié)論填入表格中。分析：彈簧振子由ao的變化情況分步討論彈簧振子在從ao運(yùn)動(dòng)過程中的位移、回復(fù)力、加速度、速度、動(dòng)能、勢(shì)能和總能量的變化規(guī)律。從a到o運(yùn)動(dòng)中，位移的方向如何?大小如何變化?由a到o運(yùn)動(dòng)過程中，位移方向由oa，隨著振子不斷地向o靠近，位移越來越小。從a到o運(yùn)動(dòng)過程中，小球所受的回復(fù)力有什么特點(diǎn)?小球共受三個(gè)力：彈簧的拉力、桿的支持力和小球的重力，而重力和支持力已相互平衡，所以回復(fù)力由彈簧彈力提供。所以從ao過程中，據(jù)胡克定律得到：物體所受的合力變小，方向指向平衡位置。從a到o運(yùn)

7、動(dòng)過程中，振子的加速度方向如何?大小如何變?據(jù)牛頓第二定律得，小球從a到o運(yùn)動(dòng)過程中，加速度變小，方向指向平衡位置。從ao過程中，速度方向如何?大小如何變化?因?yàn)槲矬w的速度方向與運(yùn)動(dòng)方向一致，從a到o運(yùn)動(dòng)過程中，速度方向是從a o。隨著振子不斷地向o靠近，彈簧勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，所以小球的速度越來越大。（從a o過程中，動(dòng)量方向如何?大小如何變化?動(dòng)量方向與速度的方向相同，大小與速度大小成正比，因此從a到o運(yùn)動(dòng)過程中，動(dòng)量方向是從a o。大小變化是越來越大。）從a o過程中，動(dòng)能大小如何變化?動(dòng)能是標(biāo)量，從a o，大小變化是越來越大。從a o過程中，勢(shì)能大小如何變化?勢(shì)能是標(biāo)量，從a o，大小變化

8、是越來越小。從a o過程中，總能量大小如何變化?因不考慮各種阻力，因而振動(dòng)系統(tǒng)的總能量守恒。（讓學(xué)生討論分析振子從oa ，從a o，從oa的運(yùn)動(dòng)情況，要求學(xué)生填寫表格，并檢查所填內(nèi)容是否正確）總結(jié)：回復(fù)力的方向始終指向平衡位置，加速度的方向與回復(fù)力的方向相同，也始終指向平衡位置?；貜?fù)力與加速度的方向總是與位移方向相反。速度方向與位移方向有時(shí)一致，有時(shí)相反；速度方向與回復(fù)力、加速度的方向也是有時(shí)一致，有時(shí)相反。因而速度的方向與其它各物理量的方向間沒有必然聯(lián)系。在四個(gè)階段中，x、f、a、v、ek、ep、e的大小變化可分為兩組，x、f、a、ep為一組， v、ek為另一組，每組中各量的變化步調(diào)一致，兩

9、組間的變化步調(diào)相反。整個(gè)過程中總能量保持不變。當(dāng)物體向著平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，a、v同向，振子做變加速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)x f a ep v ek當(dāng)物體遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，a、v反向，振子做變減速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)x f a ep v ek在平衡位置的兩側(cè)，距平衡位置等距離的點(diǎn)，各量的大小對(duì)應(yīng)相等，振子的運(yùn)動(dòng)具有對(duì)稱性。在上述各量中矢量變化的周期是標(biāo)量變化周期的兩倍。特別說明：以上分析是在忽略摩擦等阻力的條件下進(jìn)行的。實(shí)際的運(yùn)動(dòng)都具有一定的能量損耗，（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)本節(jié)課學(xué)習(xí)了簡諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征和簡諧運(yùn)動(dòng)的能量。簡諧運(yùn)動(dòng)是在與位移大小成正比，并且方向總指向平衡位置的回復(fù)力作用下的振動(dòng)。做簡諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，回復(fù)力總滿足f=-kx的形式。式中k是比例常數(shù)。簡諧運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒?！緦W(xué)以致用】1. 當(dāng)一彈簧振子在豎直方向上做簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說法正確的（ ）a振子在振動(dòng)過程中，速度相同時(shí)，彈簧的長度一定相等b振子從最低點(diǎn)向平衡位置運(yùn)動(dòng)過程中，彈簧彈力始終做負(fù)功c振子在振動(dòng)過程中的回復(fù)力由彈簧的彈力和振子的重力的合力提供d振子在振動(dòng)過程中，系統(tǒng)的機(jī)械能一定守恒2.關(guān)于彈簧振子做簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，下列說法正確的有 （ ）a等于在平衡位置時(shí)振子的動(dòng)能 b等于在最大位移時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能 c等于任意時(shí)刻振子動(dòng)能與彈簧彈性勢(shì)能之和 d位移越