《簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量》教學(xué)設(shè)計(jì)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 《11.3 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量》 教 學(xué) 目 標(biāo) 知識(shí)與技能 1、理解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，掌握在一次全振動(dòng)過(guò)程中位移、回復(fù)力、加速度、速度變化的規(guī)律。 2、掌握簡(jiǎn)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(shuō)明彈性勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。 過(guò)程與方法 1、通過(guò)對(duì)彈簧振子所做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的分析，得到有關(guān)簡(jiǎn)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(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化情況，提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。 情感態(tài)度價(jià)值觀 1、通過(guò)物體做簡(jiǎn)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

2、盾的兩個(gè)對(duì)立面，正是這一對(duì)立面能夠使物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。 2、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中能量的轉(zhuǎn)化 學(xué)法指導(dǎo) 討論法 歸納法 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 教具準(zhǔn)備 課件、水平彈簧振子 教學(xué)過(guò)程: 新課導(dǎo)入 前面兩節(jié)課我們從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度研究了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，不涉及它所受的力

3、。 在已學(xué)的知識(shí)當(dāng)中，我們知道不同的運(yùn)動(dòng)受的力也是不同的。 例如：物體靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)，所受合力為零； 物體勻變速直線運(yùn)動(dòng)，所受合力為大小和方向都不變的恒力； 物體勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所受合力大小不變，方向時(shí)刻都在改變，但方向總指向圓心。 那么物體簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受合力有何特點(diǎn)呢？ 這節(jié)課我們就來(lái)學(xué)習(xí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征。 新課學(xué)習(xí)（視本課內(nèi)容可以調(diào)整） （板書）一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力 O A B F F 當(dāng)把彈簧振子從它靜止的位置O拉開一小段距離到A再放開后，它會(huì)在A－O－B之間振動(dòng)。為什么會(huì)振動(dòng)？” 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

4、物體回到中心位置，我們把這個(gè)力叫做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力。 （板書）1、定義：受到總能使振動(dòng)物體回到平衡位置，且始終指向平衡位置的力 2、方向：始終指向平衡位置 3、特點(diǎn)：回復(fù)力是根據(jù)力的效果命名的，不是什么新的性質(zhì)的力， 4、來(lái)源：振動(dòng)方向的合力 可以是重力，彈力，摩擦力，還可以是幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力 對(duì)于水平方向的彈簧振子，回復(fù)力就是彈簧的彈力。 振子由于慣性而離開平衡位置，當(dāng)振子離開平衡位置后，振子所受的回復(fù)力總是使振子回到平衡位置，這樣不斷地進(jìn)行下去就形成了振動(dòng)。 振動(dòng)的平衡位置O也可以說(shuō)成是振動(dòng)物體振動(dòng)時(shí)受到的回復(fù)力為零的位置

5、。 彈簧振子振動(dòng)時(shí)，不同的位置位移不同，回復(fù)力也不同，那回復(fù)力與位移又有什么關(guān)系呢？ 分析：由振動(dòng)過(guò)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(lái)表示，方向始終從平衡位置指向振子（外側(cè)）。回復(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(lái)說(shuō)，回復(fù)力就是彈簧的彈力。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，方向跟位移的方向總是相反。以O(shè)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)軸，即可得 二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征： F=-kx 式中F為回復(fù)力，x為偏離平衡位置的位移，k是勁

6、度系數(shù)，負(fù)號(hào)表示回復(fù)力與位移的方向總相反。 大量理論研究表明：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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。 做簡(jiǎn)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征。 這也是判斷物體是否做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的方法 回憶前面學(xué)的判斷物體是否做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的方法？ 課件展示：兩種判斷物體是否做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件： ①x-t圖像為正弦曲線 ②F-x 滿足 F=-kx的形式 下面用第二種方法來(lái)判斷豎直的彈簧拉一個(gè)小球的振動(dòng)是不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)？ 提醒：先找平衡位置。因?yàn)閤為振子到平衡位置的位移。 規(guī)定向下為正方向

7、 平衡位置: 振子在C點(diǎn)受到的彈力為: 振子受的回復(fù)力 回復(fù)力與位移的關(guān)系符合簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的定義 問(wèn)：此時(shí)彈簧振子的回復(fù)力還是不是彈簧的彈力？（不是）那是什么？指點(diǎn)受到的合力 重力和彈力的合力 所以說(shuō)：回復(fù)力不一定是彈力可能是幾個(gè)力的合力。 振動(dòng)具有周期性和重復(fù)性，在振動(dòng)過(guò)程中，相關(guān)物理量的變化情況分析：x；a；F；v 三、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量 因不考慮各種阻力，因而振動(dòng)系統(tǒng)的總能量守恒。（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A→O→B→O→A的一個(gè)循環(huán)，這一循環(huán)可分為四個(gè)階段：A→O、O→B、B→O、O→A，分析在

8、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C→O的變化情況 分步討論彈簧振子在從C→O運(yùn)動(dòng)過(guò)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。 ①?gòu)腃到O運(yùn)動(dòng)中，位移的方向如何?大小如何變化? 由C到O運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，位移方向由O→C，隨著振子不斷地向O靠近，位移越來(lái)越小。 ②從C到O運(yùn)動(dòng)過(guò)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C→O過(guò)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。 ③從C到O運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，振子

9、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C到O運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，加速度變小，方向指向平衡位置。 ④從C→O過(guò)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C到O運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，速度方向是從C →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(lái)越大。 ⑤從C →O過(guò)程中，動(dòng)能大小如何變化? 動(dòng)能是標(biāo)量，從C →O，大小變化是越來(lái)越大。 ⑥從C →O過(guò)程中，勢(shì)能大小如何變化? 勢(shì)能是標(biāo)量，從C →O，大小變化是越來(lái)越小。 ⑦從C →O過(guò)程中，總能量大小如何變化? （讓學(xué)生討論分析振子從O→B，從B→O，從O→A的運(yùn)動(dòng)情況，要求學(xué)生

10、填寫表格，并檢查所填內(nèi)容是否正確） 振子的運(yùn)動(dòng) C→O O→ B B →O O→C 對(duì)O點(diǎn)位移的方向怎樣？大小如何變化？ 向右 減小 向左 增大 向左 減小 向右 增大 回復(fù)力的方向怎樣？大小如何變化？ 向左 減小 向右 增大 向右 減小 向左 增大 加速度的方向怎樣？大小如何變化？ 向左 減小 向右 增大 向右 減小 向左 增大 速度的方向怎樣？大小如何變化？ 向左 增大 向左 減小 向右 增大 向右 減小 振子的動(dòng)能 增大 減小 增大 減小 彈簧的勢(shì)能 減小 增大 減小 增大 系統(tǒng)總能量

11、 不變 不變 不變 不變 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。 回復(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(méi)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，兩組間的變化步調(diào)相反。整個(gè)過(guò)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↓

12、 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。 特別說(shuō)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， 課堂小結(jié) 本節(jié)課學(xué)習(xí)了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量。 簡(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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。 板書設(shè)計(jì) 11.3 簡(jiǎn)諧運(yùn)

13、動(dòng)的回復(fù)力和能量 一、 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力 1、 定義：振動(dòng)物體受到總能使振動(dòng)物體回到平衡位置，且始終指向平衡位置的力 2、 方向：始終指向平衡位置 3、 特點(diǎn)：效果力 4、 來(lái)源：振動(dòng)方向的合力 振子由于慣性而離開平衡位置，當(dāng)振子離開平衡位置后，振子所受的回復(fù)力總是使振子回到平衡位置，這樣不斷地進(jìn)行下去就形成了振動(dòng)。 二、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征：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。 三、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量 簡(jiǎn)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。 11.3 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量 思考題：豎直方向振動(dòng)的彈

14、簧振子所做的振動(dòng)是不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 步驟： 1、找平衡位置，并受力分析 2、找實(shí)際位置的位移 3、找實(shí)際位置，并受力分析 4、找回復(fù)力，列出表達(dá)式 ？ 判斷簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中x ，F(xiàn)， a ，v的變化規(guī)律 O C B F F 振子的運(yùn)動(dòng)各物理量 C→O O→ B B →O O→C 位移的方向怎樣？ 大小如何變化？ 回復(fù)力的方向怎樣？大小如何變化？ 加速度的方向怎樣？大小如何變化？ 速度的方向怎樣？ 大小如何變化？ 動(dòng)能

15、 彈性勢(shì)能 機(jī)械能 反饋練習(xí)： 1、作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它每次經(jīng)過(guò)同一位置時(shí)，一定相同的物理量是（ ） A.速度 B.位移 C.回復(fù)力 D.加速度 2、做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)通過(guò)平衡位置時(shí)，具有最大值的物理量是 （ ） 。 A．加速度 B．速度 C．位移 D．回復(fù)力 3、彈簧振子作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，以下說(shuō)法正確的是 ( ) A．振子通過(guò)平衡位置時(shí)，回復(fù)力一定為零 B．振子做減速運(yùn)動(dòng)，加速度卻在增大 C．振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí),加速度方向與速度方向相反 D．振子遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí),加速度方向與速度方向相反 2 -2 4 8 t/s X/cm 1 2 3 5 6 7 O B C 開放題： 這是一個(gè)豎直方向彈簧振子，質(zhì)點(diǎn)的x-t圖像如圖，從圖像中能得到什么信息？ 專心---專注---專業(yè)