1. 简谐运动名师教学设计

教科版

高中物理选修3-4机械振动

内江六中

严庆勇

第一节

简谐运动(第一课时) 教学设计

【教学目标】

1.知道机械振动、简谐运动的概念。

2.掌握简谐运动的动力学公式。

3.掌握简谐运动回复力的特征。

4.掌握在一次全振动过程中回复力、加速度、速度随偏离平衡位置的位移变化的规律(定性)。

【教学重点】

研究弹簧振子并分析弹簧振子的振动过程。

【教学难点】

分析弹簧振子运动过程中各物理量的变化规律。

【教学方法】

小组合作

理论探究

【

教 具

】

弹簧振子 单摆

【教学过程】

【新课导入】

人类生活在运动的世界里,除了我们之前研究过的平动、转动之外，振动也是其中一种较为常见的运动形式,

振动现象在自然界中广泛存在，如：钟摆的摆动、旋转木马的上下运动、上课的铃声、某些同学上课时腿的抖动,人走路时手臂的摆动……这些物体的运动都是振动。可以说振动现象比比皆是,与我们的生活密切相关。

【新课教学】

1．机械振动

观察演示几个振动的实验，要求同学边看边想：物体振动时有什么特征？

在同学回答的基础上归纳出：物体振动时有一中心位置，物体(或物体的一部分)在中心位置两侧做往复运动，振动是机械振动的简称。

明确：物体(或物体的一部分)在某一位置两侧所做的往复运动，叫做机械振动

2．简谐运动

自然界中一般的振动都是比较复杂的，简谐运动是最简单，最基本的振动。我们以

弹簧振子为例学习简谐运动。 (1)

弹簧振子--理想化的物理模型

演示气垫弹簧振子的振动。

通过同学的观察、分析、讨论得到：

①滑块的运动是平动，可以看作质点。

- 1 -

AO

A

②弹簧的质量远远小于滑块的质量，可以忽略不计。

明确：一个轻质弹簧连接一个质点，弹簧的另一端固定，就构成了一个弹簧振子。

③没有气垫时，阻力太大，振子不振动；有了气垫时，阻力很小，振子振动。

说明我们研究在没有阻力的理想条件下弹簧振子的运动。

（2）弹簧振子为什么会振动？简谐运动有何特点？要求学生运用学过的力学知识从动力学和能的角度认真分析、思考。

探究一

简谐运动的动力学特点

如图1-1-2，振子静止在O点，弹簧没有发生形变，长度为原长。把振子拉到平衡位置右方A点，弹簧伸长量为OA，放开振子，观察振子的振动，思考下列问题：

（1）弹簧振子中，振子的位移大小方向如何表示？与运动学中的位移定义相同吗？

（2）回复力的定义及作用是什么？回复力的方向与振子位移方向有什么关系？

（3）弹簧最大伸长的长度OA和最大压缩的长度OA有什么关系？

（4）振子从A经O到A和振子从A经O到A所用时间有什么关系？

探究二

简谐运动的运动特征（在一次全振动中，相关物理量的变化规律）

如图1-1-2，以平衡位置O点为原点，水平向右为x轴的正方向，振子在一次全振动（完整的往复运动）过程中，各物理量的变化填写在表格中。

振动位移（x）

源:学科网]A 方向

大小

[来A→O

O

O→A

A

[来源:学|科|网Z|X|X|K]A→O

O

O→A

回复力(F)

方向

加速度(a) 大小

方向

速度（υ）

大小

符号约定：增大↑

减小↓

最大M

零0

向左←

向右→

【知识运用】试证明竖直悬挂的弹簧下端挂一重物，向下拉动物体，释放后物体做简谐运动

- 2 -

【课堂小结】

【板书设计】

一、机械振动

1．机械振动：物体(或物体的某一部分)在某一位置两侧所做的往复运动．

2．平衡位置：振动物体原来静止时所处的位置．

二、简谐运动

1．回复力

（1）定义：物体在振动过程中，受到的总指向平衡位置的力。

（2）它的作用是使物体回到平衡位置。

（3）回复力是根据力的作用效果命名的力，由振动方向的力提供，可以是某个力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。

(4) 回复力为零的位置即是平衡位置。

2．简谐运动

（1）定义：物体在跟位移大小成正比，并且总指向平衡位置的力（线性回复力）作用下的振动，叫做简谐运动。

（2）动力学方程：F＝-kx（判定振动是否简谐运动的依据）

（3）运动性质：变加速运动

（4）运动特点：往复性、对称性、周期性。

【课堂针对训练】

1．做简谐运动的质点，先后经过同一点时，下列物理量哪些是不同的（

）

A．速度 B．加速度 C．位移 D．动能

2．某个弹簧振子在水平方向上做简谐运动，下列说法中正确的是（ ）

A．该振子的加速度和位移大小成正比，方向相反

B．该振子的加速度和位移大小成正比，方向相同

C．该振子做非匀变速运动 D．该振子做匀变速运动

3．弹簧振子做简谐运动时，下列说法中正确的是（ ）

A．若位移为负值，则速度一定为正值 B．振子通过平衡位置时，速度为零，加速度最大

C．振子每次通过平衡位置时，加速度相同，速度也相同

D．振子通过同一位置时，速度不一定相同，但加速度一定相同

4．振子质量是0.2kg的弹簧振子在水平方向上做简谐运动,当它运动到平衡位置左侧2cm时,受到的回复力是4N,当它运动到平衡位置右侧4cm时,它的加速度大小和方向分别是( ) A．20m/s,向右 B．20m/s,向左 C．40m/s,向左 D．40m/s,向右

- 3 -

2222