高二物理选修3-4《机械振动》教案

机械振动
【教学目标】
1．知道机械振动是物体机械运动的另一种形式，知道机械振动的概念。
2．知道什么是简谐运动，理解简谐运动回复力的特点。
3．理解简谐运动在一次全振动过程中位移、加速度、速度、动能、势能的变化情况。
4．知道简谐运动是一种理想化模型，了解简谐运动的若干实例，知道判断简谐运动的方法以及研究简谐运动的意义。
【重点难点】
1、掌握简谐运动的规律；
2、掌握简谐运动的运动学特征和动力学特征
【教学方法】
实验演示和多媒体辅助教学
【教学用具】
轻弹簧和小球，水平弹簧振子，多媒体课件
【教学过程】
一、机械振动
1、定义：物体（或物体的一部分）在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动，简称振动。
平衡位置——振动物体静止（平衡）时所处的位置（回复力为零，合外力不一定为零）。
2、机械振动产生的条件：
（1）每当物体离开平衡位置时总受到回复力作用；
△ 回复力：使振动物体回到平衡位置的力。
① 回复力的方向总是指向平衡位置，其作用是使物体能返回平衡位置。
② 回复力是根据力的作用效果来命名的。回复力可以是一个力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。（类比向心力）
（2）物体在振动过程中受到的阻力足够小。
二、简谐运动
1、弹簧振子：
（1）弹簧振子是一种理想化的物理模型。（结构）
（2）理想化条件：
① 弹簧质量远小于振子质量——轻弹簧。
② 运动时所受阻力足够小——忽略摩擦。
2、简谐运动：
（1）定义：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力作用下的振动，叫简谐运动。
【注意】振动位移与运动位移
振动位移——振动物体偏离平衡位置的位移，总是相对于平衡位置而言。
（2）受力特点： F＝－kx （胡克定律）
① K —— 弹簧的劲度系数，对于一般的简谐运动，k表示回复系数（回复力与振动位移的比例系数）；
② － ——负号表示回复力方向总与振动位移方向相反。
【注意】我们可以用F＝－kx来判断一个物体的振动是否是简谐运动。
3、运动特点：
研究弹簧振子在一次全振动中的位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化。
A→O
O
O→A′
A′
A′→O
O
O→A
A
振动位移
（x）
方向
大小
回复力
（F＝－kx）
方向
大小
加速度
（a＝－k/m x）
方向
大小
速度（υ）
动量（P＝mυ）
方向
大小
动 能
势 能
4、几种常见的简谐运动。
（1）单摆（摆钟）；
（2）竖直放置的弹簧振子；
（3）音叉的振动；
（4）弹簧片的振动。
【例1】如图将弹簧振子沿竖直方向悬挂起来，弹簧的劲度系数为 ，小球的质量为 ，小球在平衡位置静止，现沿竖直方向将小球拉离平衡位置后松开，试判断小球的振动是否为简谐运动？（空气阻力不计）
分析：分析回复力的来源，看小球在任意位置处所受的回复力是否满足F＝－kx。
解答：设小球静止时，弹簧的伸长量为x0，根据平衡条件，有 kx0＝mg ①
设小球以平衡位置为原点，竖直向下为正方向，当小球向下偏离平衡位置的位移为x时，小球受到的合力提供回复力：F＝mg－k（x0＋x） ②
①代入②得： F＝－kx
这与做简谐运动物体的受力特点一致，所以，小球的运动是简谐运动。
小结：判断一个振动是否为简谐运动，主要看回复力是否满足F＝－kx。
方法：（1）确定平衡位置；
（2）任取偏离平衡位置的一点，分析回复力的来源，看回复力是否满足F＝－kx。
【课外作业】
教材P23—（2）、（3）
【教学随感】