《物理（上冊(cè)）》452-1（任婷）教案 第五章 第一節(jié) 彈簧振子的運(yùn)動(dòng)-簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)

課題第一節(jié)彈簧振子的運(yùn)動(dòng)——簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)課時(shí)1課時(shí)（45min）總18課時(shí)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)技能目標(biāo)：了解彈簧振子的運(yùn)動(dòng)知道彈簧振子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)了解描述振動(dòng)的幾個(gè)物理量知道振幅、周期、頻率的含義思政育人目標(biāo)：（1）通過(guò)音叉實(shí)驗(yàn)，了解聲音的共鳴，培養(yǎng)善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力（2）通過(guò)學(xué)習(xí)“關(guān)于共振現(xiàn)象的故事”這一案例，感受古人的智慧，堅(jiān)定文化自信教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：彈簧振子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)：理解單擺運(yùn)動(dòng)教學(xué)方法講練結(jié)合法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學(xué)設(shè)計(jì)→→→→傳授新知（24min）→課堂討論（10min）→課堂小結(jié)（3min）→作業(yè)布置（2min）教學(xué)過(guò)程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計(jì)意圖課前任務(wù)【教師】布置課前任務(wù)，和學(xué)生負(fù)責(zé)人取得聯(lián)系，讓其提醒同學(xué)通過(guò)文旌課堂APP或其他學(xué)習(xí)軟件，完成課前任務(wù)請(qǐng)大家掃碼觀看“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”和“單擺的定義”視頻，并預(yù)習(xí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的有關(guān)知識(shí)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)單擺的定義【學(xué)生】完成課前任務(wù)通過(guò)課前的預(yù)熱，讓學(xué)生了解所學(xué)課程的大概內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望考勤（2min）【教師】使用文旌課堂APP進(jìn)行簽到，清點(diǎn)上課人數(shù)，記錄好考勤【學(xué)生】班干部報(bào)請(qǐng)假人員及原因培養(yǎng)學(xué)生的組織紀(jì)律性，掌握學(xué)生的出勤情況問(wèn)題導(dǎo)入（4min）【教師】提出以下問(wèn)題：秋千的運(yùn)動(dòng)、鐘擺的擺動(dòng)、小鳥(niǎo)飛離樹(shù)枝后樹(shù)枝的顫動(dòng)，這些現(xiàn)象有哪些共同點(diǎn)？【學(xué)生】思考、舉手回答通過(guò)問(wèn)題導(dǎo)入的方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知（24min）【教師】通過(guò)學(xué)生的回答引入要講的知識(shí)，講解機(jī)械振動(dòng)和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)知識(shí)點(diǎn)描述機(jī)械振動(dòng)的物理量?【教師】講解機(jī)械振動(dòng)的物理量1．回復(fù)力人們把做機(jī)械振動(dòng)的物體受到指向平衡位置的力，稱為回復(fù)力?；貜?fù)力是以效果命名的力。回復(fù)力可以是重力、彈力、摩擦力、電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力等，它可能是幾個(gè)力的合力，也可能是一個(gè)力或者是某個(gè)力的分力。例如，在水平方向上振動(dòng)的彈簧振子的回復(fù)力，是彈簧在伸長(zhǎng)和壓縮時(shí)產(chǎn)生的彈力；在豎直方向上振動(dòng)的彈簧振子的回復(fù)力，是彈簧彈力和重力的合力。2．平衡位置做機(jī)械振動(dòng)的物體最終停下來(lái)的位置被稱為平衡位置或中心位置。平衡位置是回復(fù)力為零的位置，但不一定是合力為零的位置。3．位移振動(dòng)的位移是指由平衡位置指向振動(dòng)物體所在位置的矢量線段。機(jī)械振動(dòng)中，振子的位移起點(diǎn)一定從平衡位置算起，位移的方向是平衡位置指向振子所在位置的方向，位移的大小是平衡位置到振子所在位置的距離。?【學(xué)生】聆聽(tīng)、理解知識(shí)點(diǎn)機(jī)械振動(dòng)的規(guī)律?【教師】講解機(jī)械振動(dòng)的規(guī)律1．大小規(guī)律做機(jī)械振動(dòng)的物體在平衡位置時(shí)，其位移、回復(fù)力和加速度最?。榱悖?，速度最大；在最大位移處（兩端）時(shí)，其位移、回復(fù)力和加速度最大，速度最小（為零）；在向兩端運(yùn)動(dòng)時(shí)，位移、回復(fù)力和加速度變大，速度變??；在向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，位移、回復(fù)力和加速度變小，速度變大。2．方向規(guī)律做機(jī)械振動(dòng)的物體，其回復(fù)力與加速度方向始終相同，并且總是指向平衡位置，位移的方向總是背離平衡位置。?【學(xué)生】聆聽(tīng)、理解、記錄知識(shí)點(diǎn)全振動(dòng)?【教師】提出全振動(dòng)的概念振動(dòng)物體從某一位置出發(fā)再次回到該位置，并保持與出發(fā)時(shí)刻完全相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（速度、加速度）的過(guò)程，叫一次全振動(dòng)。?【學(xué)生】聆聽(tīng)、理解、記錄知識(shí)點(diǎn)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的概念、模型和表達(dá)式?【教師】提出簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)概念如果物體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，則該物體所做的運(yùn)動(dòng)叫作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。?【學(xué)生】聆聽(tīng)、理解、記錄?【教師】介紹簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量1．振幅振幅是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的最大距離，用A表示，單位為米（m）。振幅是描述振動(dòng)強(qiáng)弱的物理量，振幅的大小反映了振動(dòng)系統(tǒng)總機(jī)械能的大小。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化而總機(jī)械能守恒。2．周期和頻率周期是振動(dòng)物體完成一次全振動(dòng)所需的時(shí)間，用T表示，單位為秒（s）。頻率是振子在單位時(shí)間內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)，用f表示，單位為赫茲（Hz）。周期和頻率互為倒數(shù)，即。周期和頻率都是描述振動(dòng)快慢的物理量：周期越大，表示振動(dòng)越慢，周期越小，表示振動(dòng)越快；頻率越大，表示振動(dòng)越快，頻率越小，表示振動(dòng)越慢。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期和頻率是由振動(dòng)物體本身的性質(zhì)決定的，與振幅無(wú)關(guān)，所以又稱為物體的固有周期和固有頻率。?【學(xué)生】聆聽(tīng)、理解、記錄?【教師】介紹簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型1．彈簧振子如圖5-2所示，在一根水平的光滑桿上穿一根輕質(zhì)螺旋彈簧，彈簧的一端固定，另一端和一個(gè)質(zhì)量為m的帶孔小球（振子）連接，這樣就構(gòu)成了一個(gè)彈簧振子。振子以O(shè)點(diǎn)為中心，由A點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)，由點(diǎn)再經(jīng)過(guò)O點(diǎn)回到A點(diǎn)，且OA等于，此后振子不停地進(jìn)行這種往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖5-2彈簧振子的運(yùn)動(dòng)表5-1為彈簧振子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各物理量的變化情況。2．單擺將細(xì)線的一端固定在懸點(diǎn)，另一端拴一個(gè)小球，忽略細(xì)線的伸縮和質(zhì)量，球的直徑遠(yuǎn)小于懸線長(zhǎng)度的裝置，叫作單擺。單擺是實(shí)際擺的理想化模型，擺角小于（即）的單擺是典型的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。圖5-3是一單擺運(yùn)動(dòng)的示意圖，小球質(zhì)量為m，擺長(zhǎng)為l。單擺的回復(fù)力F是重力在圓弧切線方向的分力，且與位移x的方向相反，故，即單擺的回復(fù)力為圖5-3單擺運(yùn)動(dòng)示意圖單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)周期與擺長(zhǎng)的平方根成正比，與重力加速度的平方根成反比，其周期公式為?【學(xué)生】聆聽(tīng)、理解、記筆記?【教師】講解例題【例5-1】已知某擺長(zhǎng)為1m的單擺在豎直平面內(nèi)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)問(wèn)：（1）該單擺的振動(dòng)周期是。（2）若將該單擺移到表面重力加速度為地球表面重力加速度1/4倍的星球表面，則其振動(dòng)周期是。（3）若在懸點(diǎn)正下方擺長(zhǎng)的中點(diǎn)處釘一光滑小釘，則該小球的振動(dòng)周期是。?【學(xué)生】聆聽(tīng)、理解、演算知識(shí)點(diǎn)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式、周期性和對(duì)稱性?【教師】講解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式、周期性和對(duì)稱性簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)表達(dá)式為式中的負(fù)號(hào)表示回復(fù)力與位移的方向相反。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)表達(dá)式為式中，A為振幅；為角頻率，用于表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的快慢，；為初相；表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相位，用于描述周期性運(yùn)動(dòng)在各個(gè)時(shí)刻所處的狀態(tài)。兩個(gè)相同頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相位差叫作相差。頻率和初相相同（即相差為0）的兩個(gè)振子的振動(dòng)步調(diào)完全相同，稱這兩個(gè)振子同相；頻率相同、相差為π的兩個(gè)振子的振動(dòng)步調(diào)完全相反，稱這兩個(gè)振子反相。物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，其位移、回復(fù)力、加速度、速度等矢量隨時(shí)間做周期性變化，它們的變化周期就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期（T）；物體的動(dòng)能和勢(shì)能也隨時(shí)間做周期性變化，其變化周期為。（1）如圖5-4所示，振子經(jīng)過(guò)關(guān)于平衡位置O對(duì)稱的兩點(diǎn)P和時(shí)：加速度等大反向；速度大小相等，方向可能相同也可能相反；動(dòng)能、勢(shì)能都相等。圖5-4簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性（2）無(wú)論從平衡位置到對(duì)稱點(diǎn)，還是從對(duì)稱點(diǎn)到平衡位置，振子所用時(shí)間相等，即。（3）振子往復(fù)過(guò)程中，通過(guò)同一段路程（如OP段）所用時(shí)間相等，即。?【學(xué)生】聆聽(tīng)、做筆記?【教師】舉例講解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象與意義把質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象和振動(dòng)過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，從圖象中可以得到振子在不同時(shí)刻或不同位置時(shí)，位移、速度、加速度、回復(fù)力等的變化情況。圖5-7為某個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象。圖5-7某個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象從圖中可以獲得的物理量有兩種，即直接描述量和間接描述量。1．直接描述量（1）振幅A：圖象的峰值，。（2）周期T：相鄰兩個(gè)位移為正的最大值或負(fù)的最大值之間的時(shí)間間隔，。（3）任意時(shí)刻的位移x。如時(shí)，振子的位移。2．間接描述量（1）頻率f：，。（2）任一時(shí)刻速度v的大小和方向：x-t圖象上任一等于v，v切線的。（3）任一時(shí)刻的回復(fù)力F和加速度a：回復(fù)力F和加速度a總是指向平衡位置（或平行于x軸指向t軸）。當(dāng)時(shí)，，；當(dāng)時(shí)，和a達(dá)到最大值。。【學(xué)生】聆聽(tīng)、理解、整理筆記通過(guò)教師的講解和演示，使學(xué)生了解振子的運(yùn)動(dòng)，知道彈簧振子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)；了解描述振動(dòng)的幾個(gè)物理量，知道振幅、周期、頻率的含義課堂討論（10min）【教師】組織學(xué)生以小組為單位討論以下問(wèn)題：（1）如何判定機(jī)械振動(dòng)是否屬于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)？（2）從定義的角度討論為什么簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種非勻變速運(yùn)動(dòng)？聆聽(tīng)、思考、小組討論，由小組代表上臺(tái)發(fā)表討論結(jié)果【教師】與學(xué)生一起評(píng)價(jià)各組的發(fā)言通過(guò)課堂討論，鞏固所學(xué)知識(shí)，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，并將所學(xué)知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合課堂小結(jié)（3min）【教師】簡(jiǎn)要總結(jié)本節(jié)課的要點(diǎn)本節(jié)課學(xué)習(xí)了振子的運(yùn)動(dòng)、彈簧振子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、描述振動(dòng)的幾個(gè)物理量等知識(shí)，重點(diǎn)是概念的理解與記憶；希望大家在課下多加練習(xí)，鞏固課上所學(xué)知識(shí)，為后面的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！緦W(xué)生】總結(jié)回顧知識(shí)點(diǎn)總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，鞏固學(xué)生對(duì)振子的運(yùn)動(dòng)相關(guān)知識(shí)的印象作業(yè)布置（2min）【教師】布置課后作