简谐运动

一、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，理解间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加速度、速度的变化情况。

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。

5．培养学生的观察力、逻辑思维能力和实践能力。

二、教学重点：

简谐运动的规律

三、教学难点：

简谐运动的运动学特征和动力学特征

四、教学方法：

实验演示和多媒体辅助教学

五、教    具：

轻弹簧和小球，水平弹簧振子，气垫式弹簧振子，自制CAI课件，计算机，大屏幕

六、教学过程

【演示】演示图1所示实验，在弹簧下端挂一个小球，拉一下小球，引导学生注意观察小球的运动情况。（培养学生观察实验的能力）

提问学生：小球的运动有哪些特点？（引发思考，激发兴趣）

学生讨论，然后请一位学生归纳。（培养学生表达能力）

师生共同分析后，抓住“中心两侧”和“往复性”两个基本特征，得出“机械振动”的概念。

师生一起列举生活中有关振动的例子，增强感性认识，进一步提出，“研究振动要从最简单、最基本的振动入手，这就是简谐运动”。（这实际上是交给学生一种研究问题的方法）

（二）进行新课

1、    简谐运动的特点

【演示】演示水平弹簧振子（小球）的振动和气垫式弹簧振子（滑块）的振动（提醒学生注意观察他们振动的时间），（建立理想模型概念，隐含振动产生的条件。）

说明：小球和滑块质量相同，连接的弹簧也相同（为避免这些因素对问题分析的干扰）。

提出问题（由学生思考回答）

①、小球和滑块谁振动的时间长？为什么？（观察结果，滑块比小球振动时间长。原因是小球受摩擦阻力较大，滑块受到的阻力小。）

②、如果小球受到更大的摩擦阻力，其结果如何？（振动时间更短，甚至不振动。）

③、如果把滑块和小球受到的阻力忽略不计，弹簧的质量比滑块和小球的质量小得多，也忽略不计，其结果如何？（滑块和小球将持续振动。）

（通过这些问题，引发学生思考，培养学生的探究精神和推理能力）

(1)、打开CAI课件《简谐运动的特点》，切换到“弹簧振子”场景，向学生介绍“我们又遇到了一个理想化的物理模型”，如图2所示。

（教师要讲明“理想化”理想在那里，培养学生的建模能力）

此时，一个理想化的物理模型已经在学生的头脑中牢固的建立了起来。

（2）将场景切换到“位移”。通过课件演示，让学生了解弹簧振子的运动特点：

（3）将场景切换到“回复力”。通过课件演示，让学生建立起回复力的概念；通过演示让学生进一步了解回复力的变化特点，抓住简谐运动的动力学特征，适时提出胡克定律，得出简谐运动的定义。

提问：回复力的方向怎样？回复力的大小怎样？

引导学生回答：回复力的大小与位移大小成正比，方向总是指向平衡位置，即Ｆ＝－ｋｘ，从而得出简谐运动的定义。（从感性认识上升到理性认识，实现认识上的第一次飞跃。）

（4）将场景切换到“加速度”。演示加速度的变化情况。通过演示让学生知道，简谐运动是一个加速度不断变化的运动，即变加速运动。这就是简谐运动的运动学特征。

提问；加速度的方向怎样？大小如何变化？根据牛顿第二定律，你能写出加速度的表达式吗？

（培养学生运用学过的知识解决新问题的能力，加强知识迁移能力的培养。）

（5）最后将场景切换到“速度”。让学生观察简谐运动的速度特点，速度的大小和方向也是周期性变化的。

提问：根据振子速度大小的变化，你能确定振子加速度的方向吗？

（从多个角度培养学生应用所学知识解决问题的能力，养成勤于思考的好习惯）

至此，学生对简谐运动的运动学特征和动力学特征已经有了全面的了解，了解了简谐运动的物理实质，基本完成了教学目标。

2、  概括归纳，继续提高

通过教材练习一(2)题（见下表），让学生进一步归纳、总结简谐运动中各物理量的变化，进一步明确简谐运动的特点，即位移、回复力、加速度、速度等物理量都是周期性变化的，从更高层次上把握简谐运动的规律，这也为下一节振幅、周期和频率的学习做好了准备。

（三）知识应用：教师提出问题：用轻弹簧悬挂一个振子，让它在竖直方向振动起来，你能说明振子的运动是简谐运动吗？（学以致用，解决实际问题，使学生从理性认识再上升到感性认识，实现认识上的第二次飞跃。）

（四）布置作业：

１、书面作业：画出做简谐运动的物体的回复力Ｆ随位移ｘ变化的图像，并说明图像的物理意义

2、动脑作业：用一根均匀的橡皮筋悬挂着一个质量为ｍ的小球，让小球在竖直方向上做简谐运动，则小球运动过程中可能的加速度多大？橡皮筋可能的最大弹力多大？

3、动手作业：自制一根浮标，让其在水中上下浮动，观察其振动过程中位移、速度的变化情况以及定性分析其受力情况。

说明：

简谐运动是力学中的一个重点内容，也是综合运用运动学和动力学知识解决实际问题的一个具体例子。教学的重点是要学生理解简谐运动的规律，难点是要让学生理解简谐运动的运动学特征和动力学特征。在教学中注意通过计算机辅助教学，可以较好的突破教学的重点和难点，同时也调动了学生的积极性，使学生主动应用学到的新知识解决实际问题，从而收到较好的教学效果。