高中物理選修3－4第十一章《簡諧運(yùn)動的回復(fù)力和能量》

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1、新人教版高中物理選修3－4第十一章《簡諧運(yùn)動的回復(fù)力和能量》精品教案 課 題 11.3簡諧運(yùn)動的回復(fù)力與能量 課 型 新授課 三維目標(biāo) 1、知識目標(biāo) (1)知道振幅越大，振動的能量(總機(jī)械能)越大； (2)對單擺，應(yīng)能根據(jù)機(jī)械能守恒定律進(jìn)行定量計(jì)算； (3)對水平的彈簧振子，應(yīng)能定量地說明彈性勢能與動能的轉(zhuǎn)化； (4)知道什么是阻尼振動和阻尼振動中能量轉(zhuǎn)化的情況； (5)知道在什么情況下可以把實(shí)際發(fā)生的振動看作簡諧運(yùn)動。 2、過程方法 (1)分析單擺和彈簧振子振動過程中能量的轉(zhuǎn)化情況，提高學(xué)生分析和解決問題的能力； (2)通過阻尼振動的實(shí)例分析，提高處理

2、實(shí)際問題的能力。 3、情感\(zhòng)德育目標(biāo) (1)簡諧運(yùn)動過程中能量的相互轉(zhuǎn)化情況，對學(xué)生進(jìn)行物質(zhì)世界遵循對立統(tǒng)一規(guī)律觀點(diǎn)的滲透； (2)振動有多種不同類型說明各種運(yùn)動形式都是普遍性下的特殊性的具體體現(xiàn)。 重點(diǎn) 重點(diǎn)對簡諧運(yùn)動中能量轉(zhuǎn)化和守恒的具體分析； 難點(diǎn) 關(guān)于簡諧運(yùn)動中能量的轉(zhuǎn)化。 學(xué)情分析 學(xué)生對于機(jī)械能守恒定律已熟練掌握，了解了彈性勢能和動能之間的關(guān)系，所以學(xué)生完全分析振動中的能量轉(zhuǎn)化問題，對于其他物理量的變化規(guī)律學(xué)生也可根據(jù)已學(xué)知識自行分析。 教 學(xué) 活 動 過 程 【預(yù)習(xí)導(dǎo)引】 1．簡諧運(yùn)動的位移的物理含義是什么?怎么表示? 2．在彈簧振子一個周期的振動中

3、,振子的合力怎么變化?方向有什么特點(diǎn)? 不論在什么位置(平衡位置除外),物體所受合力均指向平衡位置,作用是使物體回到平衡位置,稱為回復(fù)力. 【建構(gòu)新知】 一、回復(fù)力 1.意義:振動物體在振動方向的合力 2.特點(diǎn):F=－Kx K為振動系統(tǒng)的振動系數(shù)，在不同的振動系統(tǒng)中具體含義不同。 x為質(zhì)點(diǎn)相對平衡位置的位移，有具體方向。 3．振子在質(zhì)點(diǎn)方向所受合力如果大小與振子相對平衡位置的位移成正比，方向與位移始終相反，這樣的振動是簡諧運(yùn)動。 體會： 1．回復(fù)力可以由振動方向的一個力充當(dāng)，也可能是振動方向的合力！ 2．垂直振動方向的受力與振動無關(guān)。 思考：回復(fù)力與時間的關(guān)

4、系？ 解答： 如圖的彈簧振子的振動為簡諧運(yùn)動，位移－時間關(guān)系為x＝Asinωt，而回復(fù)力 F＝－Kx，所以有 F＝－KA sinωt=－Fm sinωt 可以用不同的圖像表示上述特點(diǎn). 二、簡諧運(yùn)動的能量 演示：水平方向的彈簧振子： O B A 問題：已知輕質(zhì)彈簧的勁度系數(shù)為K，振幅為A。 觀察振子的位移、速度、加速度、受力) ? A A O O O B B 位移s ? ? ? ? ? 速度v ? ? ? ? ? 回復(fù)力F ? ? ? ? ? 加速度a ? ? ? ? ? 動能 ? ?

5、 ? ? ? 勢能 ? ? ? ? ? 總能 1.振子的最大速度； 2.振子系統(tǒng)的機(jī)械能E。 3.系統(tǒng)的機(jī)械能（能量）在振動過程中有何特點(diǎn)？ 【知識運(yùn)用】 例1、如圖，輕彈簧的勁度系數(shù)k=39.2N/m，物體A的質(zhì)量mA=0.1kg,物體B的質(zhì)量mB=0.2kg，兩物塊間接觸水平，最大靜摩擦力F’=1.96N，為使兩物體在光滑水平面上一起做簡諧運(yùn)動，它們之間不發(fā)生相對滑動，振動的最大振幅應(yīng)為多大？ (答案: A=F/k=0.15m) 【課堂訓(xùn)練】 課本問題與練習(xí)P12 【回顧小結(jié)】 總結(jié)：

6、 一、回復(fù)力 振子在質(zhì)點(diǎn)方向所受合力如果大小與振子相對平衡位置的位移成正比，方向與位移始終相反，這樣的振動是簡諧運(yùn)動。 二、簡諧運(yùn)動的能量 1.簡諧運(yùn)動系統(tǒng)的機(jī)械能守恒, 動能和勢能之間互相轉(zhuǎn)化. 2.機(jī)械能E=EKm=EPm 3.實(shí)際振動中系統(tǒng)機(jī)械能會不斷減少,所以簡諧運(yùn)動是理想化的振動. 4.動力學(xué)物理量周期和能量變化的周期 四、課后作業(yè): 課本中本節(jié)課后練習(xí)1、2 五.札記

7、 學(xué)生活動 學(xué)生回答預(yù)習(xí)引導(dǎo)的問題（4分鐘） 學(xué)生閱讀課本P10--11完成下列填空（7分鐘） 1、如右圖，彈簧對小球的力的大小與彈簧的伸長量成__________，方向總是指向_______________。由于坐標(biāo)原點(diǎn)就是平衡位置，彈簧的伸長量與小球位移的大小_______,因此有_________，式中負(fù)號的原因是________________________________________________________________。 2、簡諧運(yùn)動的第二種定義：如果質(zhì)點(diǎn)所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成___

8、______,并且總是指向____________,質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動就是簡諧運(yùn)動。 3、回復(fù)力的概念：簡諧運(yùn)動中，質(zhì)點(diǎn)的受力方向總是指向_____________,它的作用總是要把物體拉回____________,所以通常把這個力稱為____________。 4、回復(fù)力的性質(zhì)：是根據(jù)力的________命名的；它可以是一個力，也可以是多個力的合力，還可以由某個力的分力提供。 5、質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動的條件：_________________。 學(xué)生閱讀課本P11--12完成下面表格。規(guī)定平衡位置向右為正方向。作為一個振動系統(tǒng)，彈簧振子的勢能與彈簧的伸長量有關(guān)，動能與小球的速度有關(guān)。（10分鐘）

9、 1、理論上可以證明，如果不考慮摩擦等阻力造成的損耗，在彈簧振子振動的任意位置，系統(tǒng)的動能和勢能之和是__________,即簡諧運(yùn)動的能量是________。一旦供給系統(tǒng)一定的能量，使它開始振動，它就以一定的振幅永不停息地持續(xù)振動。簡諧運(yùn)動是一種________的振動。 2、簡諧運(yùn)動中的能量跟_______有關(guān)，________越大，振動的能量越大。將物體釋放后，若只有重力或彈簧的彈力做功，則振動物體在振動過程中，______能和_____能相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能不變。 拓展：振動勢能可以是_______勢能（如單擺），可以是_______勢能(如在水平方向振動的彈簧振子)，也可以是______勢能和_______勢能之和（如在豎直方向振動的彈簧振子），一般約定振動勢能以平衡位置為零勢能位置。 學(xué)生練習(xí) 反饋 總結(jié)本節(jié)知識要點(diǎn)