第九章 机械振动

第九章机械振动

（演示实验）

从容说课

本节内容讲述简谐运动的相关知识.它既与前面所学的运动学知识有联系,又与它们有区别.从

形式上看都属于机械运动，但它较前面的直线运动、曲线运动要复杂得多，它所遵循运动规律需要从本节课中得出.在本节课中.我们以弹簧振子为模型来初步探讨简谐运动的周期性、受力、加速度

及速度的变化情况，为学生以后的学习打下基础．

根据本节内容的特点，对本节教学目标定位如下：

1.知道什么是简谐运动。简谐运动的受力特点．

2.理解简谐运动的周期性，并能从实例中正确描述出一次全振动．

3.知道简谐运动中回复力、加速度、速度随位移变化的规律．

本节课的教学重点定位于：

1.简谐运动的回复力的分析及特点．

2.简谐运动中速度、加速度、位移的变化规律的分析与总结．

本节课的教学难点定位于：

对回复力的理解．

结合本节的特点,对本节课的教学采用实验演示为主,分析讲解为辅的教学模式,通过实验，让学生自己从实验中分析出简谐运动的有关特点.教师只起引导的作用,充分体现学生的主导地位．对本节课教学程序设计如下：

实验导人→实验观察→规律总结→知识应用→小结．

教学目标

一、知识目标

1.知道什么是简谐运动，知道简谐运动的受力特点．

2.理解简谐运动的周期性.并能从运动中正确描述出一次全振动．

3.知道简谐运动中回复力、加速度、速度随位置变化的规律．

二、能力目标

1.通过对弹簧振子运动的观察、分析，培养学生的分析、理解能力．

2.通过对弹簧振子的讲解。培养学生建立理想化模型的能力．

三、德育目标

1.通过对简谐运动周期性的学习，引导学生理解对称的特点,树立“对称美”的美学观点．

2.通过对回复力和惯性的比较，培养学生用“对立统一”的观点分析问题的能力．

教学重点

1.简谐运动中回复力的分析及特点．

2.简谐运动中速度、加速度、位移变化规律的分析与总结．

教学难点

对回复力的理解．

教学方法

实验演示法，分析、归纳法，多媒体演示教学．

教学用具

投影片、弹簧振子、CAI课件．

课时安排

1课时

教学过程

一、新课导入

自然界中物体的运动形形色色，下面我们就一起来观察这样一种运动．

[演示弹簧振子的运动]

今天我们就共同来学习这种运动．

二、新课教学

(一)机械振动

基础知识

学生观察弹簧振子的振动后回答下列问题：

1.请同学们从生活中举出一些类似于弹簧振子运动的实例．

2.这些运动有哪些共同的地方?

3.这些物体为什么会做这样的运动?

学生思考后得出结论：

1.学生可能举出的实例有：

①公园里儿童在蹦蹦床上的运动．

②地震时地面的运动．

③树枝在风中的摆动．

2.这些运动所具有的共同点是：

①这些运动都具有往复性。

②最终停下来后总在同一位置，即具有平衡位置。

③往复运动在平衡位置两侧对称．

3.物体做什么样的运动取决于物体的受力状况，上述的这些运动，在运动过程中所受的合力始终指向平衡位置．正是由于物体受到了这样的力的作用，所以才能做这种周期性的往复运动．我们把具有这种特征的力叫回复力．

深入探究

[投影片出示]

1.篮球运动员在地上拍球时，篮球会上下跳动，篮球的这种运动是否是机械振动?

2.物体满足什么样的条件才能做机械振动?

3.如何确定物体的平衡位置?

学生思考后得出结论：

1.篮球的运动并不是机械振动．因为机械振动是物体在平衡位置两侧所做的往复性运动

而篮球只是在平衡位置一侧运动，故它不是机械振动．

2.物体要做机械振动必须具备：

①平衡位置．

②受到指向平衡位置的回复力．

3.平衡位置是物体所受合力为零的位置.对机械振动来说，当物体离开平衡位置后就会受到一个指向平衡位置的力的作用，使得物体总想返回到平衡位置．如果不是理想状态下的机械振动，那么，物体最终停下来的位置就是其平衡位置；如果是理想状态(振动过程中不受阻力作用)下的机械振动，那么，其合力为零的位置就是其平衡位置．

教师总结

通过上面的学习，我们对机械振动已有了一定的认识，知道了什么是机械振动，机械振动具有什么样的特点，满足什么样的条件才能做机械振动等等．下面我们练习一下刚才所学到的知识．

基础知识应用

关于机械振动.下列说法正确的是( )

A．往复运动就是机械振动

B．机械振动是靠惯性运动的，运动过程中不需要有力的作用

C．机械振动要受到回复力的作用

D．回复力是物体所受的合力

[参考答案]C

(二)简谐运动

基础知识

请同学们重新观察水平弹簧振子的运动，请他们在观察时考虑下面问题：

1.弹簧振子由哪些部件组成?

2.弹簧振子的回复力由谁来提供?

3.穿振子的杆为什么做得非常光滑?

4.振子在运动过程中离开平衡位置的距离如何变化?为什么会出现这种现象?

5.若杆做得足够光滑会出现什么现象?

1.弹簧振子的组成部件有：小球(振子)．

①中间有孔的小球——振子．

②连接小球与框架的两根弹簧．

③主要由穿孔小球与弹簧的光滑杆所组成的支架．

2.振子在运动时总共受六个力的作用.即重力、支持

力、与杆的摩擦力、空气的阻力、左右两根弹簧所产生的

两个拉力．由于竖直方向弹簧振子没有动，所以竖直方向

的合力为零，而水平方向的四个力在振子运动时都指向平

衡位置。故其回复力由这些力的合力来提供.

3.杆的光滑程度影响着振子所受摩擦阻力的大小，杆

越光滑其所受摩擦力越小，振子运动时损失的能量就越小.

运动的时间就越长.做机械振动的现象就越明显.

4.从实验中可以看到，振子运动时离开平衡位置的距离会越来越小，出现这种现象的根本原因就是振子在克服阻力做功时消耗了本身的能量．

5.若杆做得足够光滑,即杆与振子之间无相互作用的摩擦力，若也不存在空气阻力，那么振子将会无限地振动下去，永远也不会停下来．

深入探究

再次请学生观察弹簧振子的振动，然后思考下列问题：

1.弹簧振子在平衡位置时受哪些力的作用．其合力如何?

2.用手把振子拉到最大位移处所起的作用是什么?

3.振子开始振动后，经过怎样的运动后开始出现往复?

4.试分析振子在一个全振动过程中的各个阶段中回复力、加速度、速度,对平衡位置的位移、能量的变化情况．

学生观察分析后得出结论：

1.振子在平衡位置时受重力、支持力、弹簧弹力的作用而处于静止状态.此时合力为零.

2.用手把振子拉到最大位置处时，与振子相连的弹簧发生了形变，具有了一定的弹性势能，其能量的大小就等于手对它所做的功.故拉动振子实质上是给振子注入能量．

3.振子从最大位移处开始运动.当再次回到该最大位移处后,它的运动开始重复(即与前面的运动

完全一样)，这样一段运动就叫振子的一次全振动．全振动是往复运动的最小单元．

教师总结

[投影片出示]

通过前面的学习，我们知道：

1.简谐运动的定义：

物体在跟位移大小成正比,并且总指向平衡位置的回复力作用下所做的运动叫简谐运动．

2.简谐运动的条件：

①回复力：F=-kx

②不受阻力的作用(无能量损失)．

3.简谐运动的特点：

1) 回复力：物体在往复运动期间,回复力的大小和方向均做周期性的变化.物体处在最大位移时的回复力最大,物体处于平衡位置时的回复力最小(为零),物体经平衡位置时,回复大的方向发生改变．

2) 加速度：由力与加速度的瞬时对应关系可知：回复力产生的加速度也是周期性变化的且与回复力的变化步调相同．

3) 位移：物体做简谐运动时.它的位移(大小和方向)也是周期性变化的.为研究问题方便我们选平衡位置为位移的起点,物体经平衡位置时位移的方向改变.

4) 速度：简谐运动是变加速运动,速度的变化也具有周期性(包括大小和方向).物体经平衡位置时速度最大.物体在最大位移处的速度为零,且物体的速度方向改变.

基础知识应用

1.关于简谐运动,以下说法正确的是( )

A.只要有回复力，物体就会做简谐运动

B.当物体做简谐运动时，加速度的方向总是与位移方向相反

C.物体做简谐运动时，当它向平衡位置运动过程中，加速度越来越小

D.物体做简谐运动时，速度方向有时与位移方向相反,有时与位移方向相同

2.某质点做简谐运动，从质点经过某一位置时开始计时,则下列说法中正确的是( )

A.当质点再次经过此位置时．经过的时间为一个周期

B.当质点速度再次与零时刻的速度相同时,经过的时间为一个周期

C.当质点的加速度再次与零时刻相同时，经过的时间为一个周期

D.以上三种说法都不对

[参考答案]

1.BCD

2.D

三、小结

通过本节的学习，我们知道：

1.机械振动是指物体在平衡位置两侧所做的往复性运动．

2.简谐运动是指在F=-kx这样的回复力作用下所做的机械振动．

3.简谐运动的条件、特点．

四、作业

1.完成课后作业题及大课堂

2.复习本节所学内容．

3.预习下节内容．

4.思考题：

做简谐运动的物体每次经过同一位置时，都具有相同的( )

A．加速度 B．动量 C．动能 D．位移 E．回复力 F．速度

解:简谐运动的物体通过同一位置时,相对平衡位置的位移相同,由回复力与位移的关系知回复力相同,由牛顿第二定律知.加速度相同,由于振动的重复性,物体通过同一位置时速度的大小相等，但方向不同．即速度和动量不相同。而动能相同．所以本题选ACDE． _

方法渗透：

1.解题时注意各物理量的标、矢性． _

2.物体做简谐运动时回复力、加速度、速度的变化可由下面的流程图来判断： _

判断方法： _