机械振动全章教案.doc

一、简谐运动【教学目标】1、回复力、平衡位置、机械振动2、知道什么是简谐运动及物体做简谐运动的条件。3、理解简谐运动在一次全振动过程中位移、回复力、加速度、速度的变化情况。4、理解简谐运动的对称性及运动过程中能量的变化。【重难点】重点:简谐运动的特征及相关物理量的变化规律。难点:偏离平衡位置位移的概念及一次全振动中各量的变化。【教学过程】一、新课引入:复****所学过的运动:按运动轨迹分:直线运动、曲线运动;按速度特点分:匀变速、非匀变速;自然界中还有一种更常见的运动:机械振动。二、机械振动:(mechanicalvibration)在自然界中,经常观察到一些物体来回往复的运动,例如:荡秋千时的来回运动;人走路时,两只手臂会自然地、有节奏地前后摆动……【思考】下面我们就来研究一下这些运动具有什么特点?【回答】这些运动都有一个明显的中心位置,物体或物体的一部分都在这个中心位置两侧做往复运动。这样的运动称为机械振动,简称振动。中心位置又称为平衡位置,即当物体不再做往复运动时,所最终停下来的位置。(标出平衡位置)联系“牛一”,强调在平衡位置处时,物体所受合力为零。平衡位置是指运动过程中一个明显的分界点,一般是振动停止时静止的位置,并不是所有往复运动的中点都是平衡位置。存在平衡位置是机械运动的必要条件,有很多运动,尽管也是往复运动,但并不存在明显的平衡位置,所以并非机械振动。例如:拍皮球、人来回走动。【注意】在运动过程中,平衡位置受力并非一定平衡!如:小球的摆动【总结】机械振动的充要条件:1、有平衡位置2、在平衡位置两侧往复运动。【举例】自然界中的机械振动,如:钟摆、心脏、活塞、昆虫翅膀的振动、浮标上下浮动、钢尺的振动等。三、简谐振动:,它的头部和尾部用较软的弹簧跟身体相连。如果轻拍一下玩具狗,它便会不停地摇头晃尾起来,这就是弹簧引起的机械振动。【提问】机械振动的物体,为何总是在平衡位置两侧往复运动?(用弹簧振子做实验说明)【介绍】为了简化问题,便于分析,把有孔的小球跟弹簧连接在一起,穿在一根光滑水平杆上,并把弹簧的左端固定,弹簧的质量比小球小得多,这样就组成一个弹簧振子。弹簧振子是一个物理模型。【现象】当弹簧既不拉伸也不被压缩时,小球静止在杆上的点,这时小球所受合力为零。点就是弹簧振子的平衡位置。振子在平衡位置点右侧时,有一个向左的力;在平衡位置点左侧时,有一个向右的力,这个力总是促使物体回到平衡位置。【小结】物体做机械振动时,一定受到指向平衡位置的力,这个力的作用效果总能使物体回到中心位置,这个力叫回复力。回复力是根据力的效果命名的,【分析】弹簧振子在振动过程中,当偏离平衡位置时,总是受到一个跟运动方向(位移方向)相反、能使振子返回平衡位置的回复力,且这个回复力就是弹簧的弹力。由于弹簧发生弹性形变时,弹力跟形变量成正比,对弹簧振子来说,也就是回复力跟振子的位移成正比,而回复力总是指向平衡位置,所以回复力的方向始终与位移方向相反,它们之间的关系:其中,是一个常数,对于弹簧振子而言就是弹簧的劲度系数。负号表示回复力的方向始终跟位移的方向相反。【总结】在平衡位置时,回复力为零。回复力:使物体返回平衡位置的力,方向总是指向平衡位置。特点:;,也可以是几个力的合力,还可以是某个力的分力。由于振子总是在平衡位置两侧移动,如果我们以平衡位置作为参考点来研究振子的位移就更为方便。这样表示出的位移称为偏离平衡位置的位移。它的大小等于物体与平衡位置之间的距离,方向由平衡位置指向物体所在位置。(由初位置指向末位置)用x表示。偏离平衡位置的位移与某段时间内位移的区别:偏离平衡位置的位移是以平衡位置为起点,以平衡位置为参考位置。某段时间内的位移,是默认以这段时间内的初位置为起点。四、弹簧振子运动过程中各物理量的变化情况分析:结合右图分析振子在一次全振动中回复力、偏离平衡位置的位移、加速度、速度的大小变化情况及方向。所谓全振动,做振动的质点从某位置出发再次回到该位置,并保持与出发时相同运动方向的过程称为全振动。1)A→O x↓,方向由O 向A F↓,方向由A 向O a↓,方向由A 向O V↑,方向由O 向A振子做加速度不断减小的加速运动 A′ O A2)在O位置,x=0,F=0,a=0,V最大;3)O→A′ x↑,方向由O向A′ F↑,方向由A′向O a↑,方向由A′向O V↓,方向由O向A′振子做加速度不断增大的减速运动4)在A′位置,x最大,F最大,a最大,V=05)A′→O x↓,方向由O向A′ F↓,方向由A′向O a↓,方向由A′向O V↑,方向由O 向A′振子做加速度不断减小的加速运动6)在O位置,x=0,F=0,a=0,V最大;7)O→A x↑,方向由O向A F↑,方向由A 向