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高二物理选修3-4简谐运动教案

摘要:实验演示(引导学生注意听):敲一下音叉,声音逐渐减弱,即振幅逐渐减小,但音调不发生变化,即频率不变. 【板书】 振子的周期(或频率)由振动系统本身的性质决定,称为振子的固有周期或固有频率.例如:一面锣,它只有一种声音,用锤敲锣,发出响亮的锣声, 锣声很快弱下去,但不会变调.摆动着的秋千,虽摆动幅度发生变化,但频率不发生变化.弹簧振子在实际的振动中, 会逐渐停下来,但频率是不变的.这些都说明所有能振动的物体,都有自己的固有周期或固有频率.巩固练习:1.A、B两个完全一样的弹簧振子,把A振子移到A的平衡位置右边10cm,把B振子移到B的平衡位置右边5cm,然后同时放手,那么:A. A、B运动的方向总是相同的. B. A、B运动的方向总是相反的. C. A、B运动的方向有时相同、有时相反. D. 无法判断A、B运动的方向的关系.作业1.动手作业:同学们自己制作一个弹簧振子,观察其运动.分别改变振子振动的振幅、弹簧的劲度和振子的质量,其周期和频率是否变化2.书面作业:把课本162页练习二(1)、(2)题做在练习本上.6[演示1]将摆长相同,质量不同的摆球拉到同一高度释放。现
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  实验演示(引导学生注意听):敲一下音叉,声音逐渐减弱,即振幅逐渐减小,但音调不发生变化,即频率不变. 【板书】 振子的周期(或频率)由振动系统本身的性质决定,称为振子的固有周期或固有频率.

  例如:一面锣,它只有一种声音,用锤敲锣,发出响亮的锣声, 锣声很快弱下去,但不会变调.摆动着的秋千,虽摆动幅度发生变化,但频率不发生变化.弹簧振子在实际的振动中, 会逐渐停下来,但频率是不变的.这些都说明所有能振动的物体,都有自己的固有周期或固有频率.

  巩固练习:

  1.A、B两个完全一样的弹簧振子,把A振子移到A的平衡位置右边10cm,把B振子移到B的平衡位置右边5cm,然后同时放手,那么:

  A. A、B运动的方向总是相同的. B. A、B运动的方向总是相反的. C. A、B运动的方向有时相同、有时相反. D. 无法判断A、B运动的方向的关系.

  作业

  1.动手作业:同学们自己制作一个弹簧振子,观察其运动.分别改变振子振动的振幅、弹簧的劲度和振子的质量,其周期和频率是否变化

  2.书面作业:把课本162页练习二(1)、(2)题做在练习本上.

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  [演示1]将摆长相同,质量不同的摆球拉到同一高度释放。

  现象:两摆球摆动是同步的,即说明单摆的周期与摆球质量无关,不会受影响。 这个实验主要是为研究属于简谐运动的单摆振动的周期,所以摆角不要超过10°。 接下来看一下振幅对周期的影响。

  [演示2]摆角小于10°的情况下,把两个摆球从不同高度释放。(由一名学生来完成实验验证,教师加以指导) 现象:摆球同步振动,说明单摆振动的周期和振幅无关。

  刚才做过的两个演示实验,证实了如果两个摆摆长相等,单摆振动周期和摆球质量、振幅无关。如果摆长L不等,改变了这个条件会不会影响周期?

  [演示3]取摆长不同,两个摆球从某一高度同时释放,注意要θ≤10°。(由一名学生来完成实验验证,教师加以指导)

  现象:两摆振动不同步,而且摆长越长,振动就越慢。这说明单摆振动和摆长有关。

  具体有什么关系呢?荷兰物理学惠更斯研究了单摆的振动,在大量可靠的实验基础上,经过一系列的理论推导和证明得到:单摆

  的周期和摆长l的平方根成正比,和重力加速度g的平方根成反比,

  周期公式:

  同时这个公式的提出,也是在单摆振动是简谐运动的前提下,条件:摆角θ≤10° 由周期公式我们看到T与两个因素有关,当g一定,T与成正比;当L一定,T与

  成反比;L,g都一定,

  T就一定了,对应每一个单摆有一个固有周期T,

  (三)课堂小结:本节课主要讲了单摆振动的规律,只有在θ<10°时单摆振动才是简谐运动;单摆振动周期

  例 1:已知某单摆的摆长为L,振动周期为T,试表示出单摆所在地的重力加速度g.

  例 2:有两个单摆,甲摆振动了15次的同时,乙摆振动了5次,则甲乙两个摆的摆长之比为_________。

  5、外力作用下的振动

  一、教学目标

  (1)知道阻尼振动和无阻尼振动,并能从能量的观点给予说明。

  (2)知道受迫振动的概念。知道受迫振动的频率等于驱动力的频率,而跟振动物体的固有频率无关。 (3)理解共振的概念,知道常见的共振的应用和危害。 二、教学重点、难点:受迫振动,共振。

  三、教具:弹簧振子、受迫振动演示仪、摆的共振演示器 四、教学过程 (一)复习提问

  让学生注意观察教师的演示实验。教师把弹簧振子的振子向右移动至B点,然后释放,则振子在弹性力作用下,在平衡位置附近持续地沿直线振动起来。重复两次让学生在黑板上画出振动图象的示意图(图1中的Ⅰ)。

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  再次演示上面的振动,只是让起始位置明显地靠近平衡位置,再让学生在原坐标上画出第二次振子振动的图象(图1中的Ⅱ)。Ⅰ和Ⅱ应同频、同相、振幅不同。

  结合图象和振子运动与学生一起分析能量的变化并引入新课。 (二)新课教学

  现在以弹簧振子为例讨论一下简谐运动的能量问题。

  问:振子从B向O运动过程中,它的能量是怎样变化的?引导学生答出弹性势能减少,动能增加。 问:振子从O向C运动过程中能量如何变化?振子由C向O、又由O向B运动的过程中,能量又是如何变化的?

  问:振子在振动过程中总的机械能如何变化?引导学生运用机械能守恒定律,得出在不计阻力作用的情况下,总机械能保持不变。

  教师指出:将振子从B点释放后在弹簧弹力(回复力)作用下,振子向左运动,速度加大,弹簧形变(位移)减少,弹簧的弹性势能转化为振子的动能。当回到平衡位置O时,弹簧无形变,弹性势能为零,振子动能达到最大值,这时振子的动能等于它在最大位移处(B点)弹簧的弹性势能,也就是等于系统的总机械能。

  在任何一位置上,动能和势能之和保持不变,都等于开始振动时的弹性势能,也就是系统的总机械能。 由于简谐运动中总机械能守恒,所以简谐运动中振幅不变。如果初始时B点与O点的距离越大,到O点时,振子的动能越大,则系统所具有的机械能越大。相应地,振子的振幅也就越大,因此简谐运动的振幅与能量相对应。

  问:怎样才能使受阻力的振动物体的振幅不变,而一直振动下去呢?引导学生答出,应不断地向系统补充损耗的机械能,以使振动物体的振幅不变。

  指出:这种振幅不变的振动叫等幅振动。

  举几个等幅振动的例子,例如电铃响的时候,铃锤是做等幅振动。电磁打点计时器工作时,打点针是做等幅振动。挂钟的摆是做等幅振动。  它们的共同特点是,工作时振动物体不断地受到周期性变化外力的作用。

  这种周期性变化的外力叫驱动力。 在驱动力作用下物体的振动叫受迫振动。

  再让学生举几个受迫振动的例子,例如内燃机气缸中活塞的运动,缝纫机针头的运动,扬声器纸盆的运动,电话耳机中膜片的运动等都是受迫振动。

  问:受迫振动的频率跟什么有关呢?

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