1、高中物理选修34教案人教版高二物理选修3-4教案3-4全套教案11、1简谐运动一、三维目标知识与技能 1、了解什么是机械振动、简谐运动 2、正确理解简谐运动图象的物理含义，知道简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线过程与方法 通过观察演示实验，概括出机械振动的特征，培养学生的观察、概括能力情感态度与价值观 让学生体验科学的神奇，实验的乐趣二、教学重点 使学生掌握简谐运动的回复力特征及相关物理量的变化规律三、教学难点 偏离平衡位置的位移与位移的概念容易混淆；在一次全振动中速度的变化四、教学过程 引入：我们学习机械运动的规律，是从简单到复杂：匀速运动、匀变速直线运动、平抛运动、匀速圆周运动，今天学习一
2、种更复杂的运动简谐运动1、机械振动 振动是自然界中普遍存在的一种运动形式，请举例说明什么样的运动就是振动？ 微风中树枝的颤动、心脏的跳动、钟摆的摆动、声带的振动这些物体的运动都是振动。请同学们观察几个振动的实验，注意边看边想：物体振动时有什么特征？演示实验（1）一端固定的钢板尺见图1（a） （2）单摆见图1（b）（3）弹簧振子见图1（c）（d） （4）穿在橡皮绳上的塑料球见图1（e）提问：这些物体的运动各不相同：运动轨迹是直线的、曲线的；运动方向水平的、竖直的；物体各部分运动情况相同的、不同的它们的运动有什么共同特征？归纳：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
3、，振动是机械振动的简称。2、简谐运动简谐运动是一种最简单、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 演示实验：气垫弹簧振子的振动讨论 ：a滑块的运动是平动，可以看作质点 b弹簧的质量远远小于滑动的质量，可以忽略不计,一个轻质弹簧联接一个质点，弹簧的另一端固定，就构成了一个弹簧振子 c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。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？ 物体做机械振动时，一定受到指向中心位置的力，这个力的作用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，对于弹簧振子，它是弹力。回复力可
4、以是弹力，或其它的力，或几个力的合力，或某个力的分力，在O点，回复力是零，叫振动的平衡位置。（3）简谐运动的特征 弹簧振子在振动过程中，回复力的大小和方向与振子偏离平衡位置的位移有直接关系。在研究机械振动时，我们把偏离平衡位置的位移简称为位移。3、简谐运动的位移图象振动图象 简谐运动的振动图象是一条什么形状的图线呢？简谐运动的位移指的是什么位移？（相对平衡位置的位移）演示：当弹簧振子振动时，沿垂置于振动方向匀速拉动纸带，毛笔P就在纸带上画出一条振动曲线 说明：匀速拉动纸带时，纸带移动的距离与时间成正比，纸带拉动一定的距离对应振子振动一定的时间，因此纸带的运动方向可以代表时间轴的方向，纸带运动的
5、距离就可以代表时间。介绍这种记录振动方法的实际应用例子：心电图仪、地震仪 理论和实验都证明：（1）简谐运动的振动图象都是正弦或余弦曲线让学生思考后回答：振动图象在什么情况下是正弦，什么情况下是余弦？ 引导学生回答：由开始计时的位置决定。五、板书设计 11、1简谐运动1、机械振动 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2、简谐运动 简谐运动是一种最简单、最基本的振动3、简谐运动的位移图象振动图象 正弦曲线六、课后作业 优化方案七、教学辅助手段 钢板尺、铁架台、单摆、竖直弹簧振子、皮筋球、气垫弹簧振子、微型气源八、课后反思 本节课主要让学生体会
6、机械振动和简谐运动，从实验中感受简谐运动到底是一个什么样的运动，无论从形式上还是图像上。 11、2 简谐运动的描述一、三维目标知识与技能 1、知道简谐运动的振幅、周期和频率的含义 2、理解周期和频率的关系 3、知道振动物体的固有周期和固有频率，并正确理解与振幅无关过程与方法 通过观察概括出机械振动的特征，培养学生的概括能力情感态度与价值观 通过学生总结概括，增强学生学习物理的信心和兴趣二、教学重点 振幅、周期和频率的物理意义三、教学难点 理解振动物体的固有周期和固有频率与振幅无关四、教学过程引入 上节课讲了简谐运动的现象和受力情况。我们知道振子在回复力作用下，总以某一位置为中心做往复运动。现在
7、我们观察弹簧振子的运动。将振子拉到平衡位置O的右侧，放手后，振子在O点的两侧做往复运动。振子的运动是否具有周期性？ 在圆周运动中，物体的运动由于具有周期性，为了研究其运动规律，我们引入了角速度、周期、转速等物理量。为了描述简谐运动，也需要引入新的物理量，即振幅、周期和频率进行新课 实验演示：观察弹簧振子的运动，可知振子总在一定范围内运动，说明振子离开平衡位置的距离在一定的数值范围内，这就是我们要学的第一个概念振幅。 1、振幅A：振动物体离开平衡位置的最大距离。我们要注意，振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离，而不是最大位移。这就意味着，振幅是一个数值，指的是最大位移的绝对值。 2、振动的周期和
8、频率（1）、振动的周期T：做简谐运动的物体完成一次全振动的时间 振动的频率f：单位时间内完成全振动的次数（2）、周期的单位为秒（s）、频率的单位为赫兹（Hz）实验演示：下面我们观察两个劲度系数相差较大的弹簧振子，让这两个弹簧振子开始振动，用秒表或者脉搏计时，比较一下这两个振子的周期和频率。演示实验表明，周期越小的弹簧振子，频率就越大（3）、周期和频率的关系。两者的关系为：T=1/f 或 f=1/T 举例来说，若周期T=0.2s，即完成一次全振动需要0.2s，那么1s内完成全振动的次数，就是1/0.2=5s-1.也就是说，1s钟振动5次，即频率为5Hz. 3、简谐运动的周期或频率与振幅无关实验演
9、示（引导学生注意听）：敲一下音叉,声音逐渐减弱,即振幅逐渐减小,但音调不发生变化,即频率不变 振子的周期(或频率)由振动系统本身的性质决定,称为振子的固有周期或固有频率 例如:一面锣,它只有一种声音,用锤敲锣,发出响亮的锣声, 锣声很快弱下去,但不会变调.摆动着的秋千,虽摆动幅度发生变化,但频率不发生变化.弹簧振子在实际的振动中, 会逐渐停下来,但频率是不变的.这些都说明所有能振动的物体,都有自己的固有周期或固有频率巩固练习: A、B两个完全一样的弹簧振子，把A振子移到A的平衡位置右边10cm，把B振子移到B的平衡位置右边5cm，然后同时放手，那么：A、B运动的方向总是相同的A、B运动的方向总
10、是相反的A、B运动的方向有时相同、有时相反无法判断A、B运动的方向的关系.五板书设计 11、2 简谐运动的描述一、振幅A：振动物体离开平衡位置的最大距离 二、振动的周期和频率 振动的周期T：做简谐运动的物体完成一次全振动的时间 单位s 振动的频率f：单位时间内完成全振动的次数 单位Hz三、周期和频率的关系 T=1/f 或 f=1/T 六、课后作业 优化方案七、教学辅助手段 弹簧振子 音叉八、课后反思 本节课涉及的描述简谐运动的物理量有周期、频率、振幅、位移，对于位移应重点讲解，不同于以前的所学的位移是偏离平衡位置的位移，初始位置一定是平衡位置，学生易混淆。 11、3简谐运动的回复力和能量一、三
11、维目标知识与技能 1、掌握简谐运动的定义，了解简谐运动的运动特征 2、掌握简谐运动的动力学公式 3、了解简谐运动的能量变化规律过程与方法 引导学生通过实验观察，概括简谐运动的运动特征和简谐运动的能量变化规律，培养归纳总结能力情感态度与价值观 结合旧知识进行分析，推理而掌握新知识，以培养其观察和逻辑思维能力二、教学重点 1、重点是简谐运动的定义 2、难点是简谐运动的动力学分析和能量分析三、教学难点 简谐运动中的回复力四、教学过程（一） 引入新课 复习提问：1什么是机械振动？ 2振子做什么运动？日常生活中经常会遇到机械振动的情况：机器的振动，桥梁的振动，树枝的振动，乐器的发声，它们的振动比较复杂，
12、但这些复杂的振动都是由简单的振动的组成的，因此，我们的研究仍从最简单、最基本的机械振动开始。演示竖直方向的弹簧振子，演示的就是一种最简单、最基本的机械振动，叫做简谐运动提问3：过去我们研究自由落体等匀变速直线运动是从哪几个角度进行研究的？今天，我们仍要从运动学（位移、速度、加速度）研究简谐运动的运动性质；从动力学（力和运动的关系）研究简谐运动的特征，再研究能量变化的情况。（二）新课教学第二次演示竖直方向的弹簧振子提问4：大家应明确观察什么？学生：物体 提问5：上述四个物理量中，哪个比较容易观察？（位移） 学生：位移 提问6：做简谐运动的物体受的是恒力还是变力？力的大小、方向如何变？ 学生：变力
13、 小结：简谐运动的受力特点：回复力的大小与位移成正比，回复力的方向指向平衡位置 提问7：简谐运动是不是匀变速运动？ 学生：不是 小结：简谐运动是变速运动，但不是匀变速运动。加速度最大时，速度等于零；速度最大时，加速度等于零。 提问8：从简谐运动的运动特点，我们来看它在运动过程中能量如何变化？让我们再观察。 学生：动能先增加，后减小；势能先减小后增大 提问9：振动前为什么必须将振子先拉离平衡位置？ 学生：外力对系统做功 提问10：在A点，振子的动能多大？系统有势能吗？ 提问11：在O点，振子的动能多大？系统有势能吗？ 提问12：在D点，振子的动能多大？系统有势能吗？ 提问13：在B，C点，振子有
14、动能吗？系统有势能吗？ 小结：简谐运动过程是一个动能和势能的相互转化过程。五、板书设计 11、3简谐运动的回复力和能量一、回复力：回复力的大小与位移成正比，回复力的方向指向平衡位置二、能量：简谐运动过程是一个动能和势能的相互转化过程六、课后作业 优化方案七、教学辅助手 弹簧振子，多媒体八、课后反思 本节课主要是老师根据演示实验让学生观察，然后以提问的形式进行，有的物理量便于观察，有的物理量就需要力学分析，学生对力学掌握的不太扎实，力学确实也是高中物理的一个难点，教师在以后教学中要注重这方面的分析。11、4单摆一、三维目标知识与技能 1、知道什么是单摆 2、理解单摆振动的回复力来源及做简谐运动的
15、条件 3、知道单摆的周期和什么有关，掌握单摆振动的周期公式，并能用公式解题过程与方法 观察演示实验，概括出影响周期的因素，培养由实验现象得出物理结论的能力情感态度与价值观 通过实验增强学生学习物理的兴趣和信心二、教学重点 掌握好单摆的周期公式及其成立条件三、教学难点 单摆回复力的分析四、教学过程（）引入新课在前面我们学习了弹簧振子，知道弹簧振子做简谐运动。那么：物体做简谐运动的条件是什么？答：物体做机械振动，受到的回复力大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反。今天我们学习另一种机械振动单摆的运动（二）进行新课 阅读课本第13页第一二段，思考：什么是单摆？答：一根细线上端固定，下端系着一个小球
16、，如果悬挂小球的细线的伸长和质量可以忽略，细线的长度又比小球的直径大得多，这样的装置就叫单摆。物理上的单摆，是在一个固定的悬点下，用一根不可伸长的细绳，系住一个一定质量的质点，在竖直平面内摆动。所以，实际的单摆要求绳子轻而长，摆球要小而重。摆长指的是从悬点到摆球重心的距离。将摆球拉到某一高度由静止释放，单摆振动类似于钟摆振动。摆球静止时所处的位置就是单摆的平衡位置。物体做机械振动，必然受到回复力的作用，弹簧振子的回复力由弹簧弹力提供，单摆同样做机械振动，思考：单摆的回复力由谁来提供，如何表示？1、平衡位置 当摆球静止在平衡位置O点时，细线竖直下垂，摆球所受重力G和悬线的拉力F平衡，O点就是摆球
17、的平衡位置。2、回复力单摆的回复力F回=G1=mg sin，单摆的振动是不是简谐运动呢？单摆受到的回复力F回=mg sin，如图：虽然随着单摆位移X增大，sin也增大，但是回复力F的大小并不是和位移成正比，单摆的振动不是简谐运动。但是，在值较小的情况下（一般取10），在误差允许的范围内可以近似的认为 sin=X/ L，近似的有F= mg sin= ( mg /L )x = k x（k=mg/L）,又回复力的方向始终指向O点，与位移方向相反，满足简谐运动的条件，即物体在大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反的回复力作用下的振动，F = - ( mg / L )x = - k x（k=mg/L）
18、为简谐运动。所以，当10时，单摆振动是简谐运动。条件：摆角10位移大时，单摆的回复力大，位移小，回复力小，当单摆经过平衡位置时，单摆的位移为0，回复力也为0，思考：此时，单摆所受的合外力是否为0？单摆此时做的是圆周运动，做圆周运动的物体受向心力，单摆也不能例外，也受到向心力的作用（引导学生思考，单摆作圆周运动的向心力从何而来？）。在平衡位置，摆球受绳的拉力F和重力G的作用，绳的拉力大于重力G，它们的合力充当向心力。所以，单摆经过平衡位置时，受到的回复力为0 ，但是所受的合外力不为0。3、单摆的周期我们知道做机械振动的物体都有振动周期，请思考：单摆的周期受那些因素的影响呢？生：可能和摆球质量、振
19、幅、摆长有关。单摆的周期是否和这些因素有关呢？下面我们用实验来证实我们的猜想为了减小对实验的干扰，每次实验中我们只改变一个物理量，这种研究问题的方法就是控制变量法。首先，我们研究摆球的质量对单摆周期的影响：那么就先来看一下摆球质量不同，摆长和振幅相同，单摆振动周期是不是相同。演示1：将摆长相同，质量不同的摆球拉到同一高度释放。现象：两摆球摆动是同步的，即说明单摆的周期与摆球质量无关，不会受影响。这个实验主要是为研究属于简谐运动的单摆振动的周期，所以摆角不要超过10。接下来看一下振幅对周期的影响。演示2：摆角小于10的情况下，把两个摆球从不同高度释放。（由一名学生来完成实验验证，教师加以指导）现
20、象：摆球同步振动，说明单摆振动的周期和振幅无关。刚才做过的两个演示实验，证实了如果两个摆摆长相等，单摆振动周期和摆球质量、振幅无关。如果摆长L不等，改变了这个条件会不会影响周期？演示3：取摆长不同，两个摆球从某一高度同时释放，注意要10。（由一名学生来完成实验验证，教师加以指导）现象：两摆振动不同步，而且摆长越长，振动就越慢。这说明单摆振动和摆长有关。具体有什么关系呢？荷兰物理学惠更斯研究了单摆的振动，在大量可靠的实验基础上，经过一系列的理论推导和证明得到：单摆的周期和摆长l的平方根成正比，和重力加速度g的平方根成反比周期公式：同时这个公式的提出，也是在单摆振动是简谐运动的前提下，条件：摆角1
21、0由周期公式我们看到T与两个因素有关，当g一定，T与成正比；当L一定，T与成反比；L，g都一定，T就一定了，对应每一个单摆有一个固有周期T， 五、板书设计 11、4单摆一、平衡位置二、2回复力单摆的回复力F回=G1=mg sin三、单摆的周期 与单摆的质量、振幅无关六、课后作业 优化方案七、教学辅助手 两个单摆（摆长相同，质量不同）八、课后反思 本节课主要讲了单摆振动的规律，只有在10时单摆振动才是简谐运动；单摆振动周期 某单摆，演示实验时学生做的较慢，浪费了很多时间，可以让学生做好预习，再进行实验。 5、外力作用下的振动一、三维目标知识与技能 1、知道阻尼振动和无阻尼振动，并能从能量的观点给
22、予说明 2、知道受迫振动的概念。知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关 3、理解共振的概念，知道常见的共振的应用和危害过程与方法 学生通过观察演示实验，进一步理解自由振动、阻尼振动、受迫振动情感态度与价值观 通过物理实验增强学生学习物理的兴趣二、教学重点 受迫振动、共振三、教学难点 受迫振动四、教学过程（一）复习提问 让学生注意观察教师的演示实验。教师把弹簧振子的振子向右移动至B点，然后释放，则振子在弹性力作用下，在平衡位置附近持续地沿直线振动起来。重复两次让学生在黑板上画出振动图象的示意图（图1中的）。 再次演示上面的振动，只是让起始位置明显地靠近平衡位置，再让学生在
23、原坐标上画出第二次振子振动的图象（图1中的）。和应同频、同相、振幅不同。 结合图象和振子运动与学生一起分析能量的变化并引入新课 （二）新课教学 现在以弹簧振子为例讨论一下简谐运动的能量问题。 问：振子从B向O运动过程中，它的能量是怎样变化的？引导学生答出弹性势能减少，动能增加。 问：振子从O向C运动过程中能量如何变化？振子由C向O、又由O向B运动的过程中，能量又是如何变化的？ 问：振子在振动过程中总的机械能如何变化？引导学生运用机械能守恒定律，得出在不计阻力作用的情况下，总机械能保持不变。 教师指出：将振子从B点释放后在弹簧弹力（回复力）作用下，振子向左运动，速度加大，弹簧形变（位移）减少，弹
24、簧的弹性势能转化为振子的动能。当回到平衡位置O时，弹簧无形变，弹性势能为零，振子动能达到最大值，这时振子的动能等于它在最大位移处（B点）弹簧的弹性势能，也就是等于系统的总机械能。 在任何一位置上，动能和势能之和保持不变，都等于开始振动时的弹性势能，也就是系统的总机械能由于简谐运动中总机械能守恒，所以简谐运动中振幅不变。如果初始时B点与O点的距离越大，到O点时，振子的动能越大，则系统所具有的机械能越大。相应地，振子的振幅也就越大，因此简谐运动的振幅与能量相对应。问：怎样才能使受阻力的振动物体的振幅不变，而一直振动下去呢？引导学生答出，应不断地向系统补充损耗的机械能，以使振动物体的振幅不变。 指出
25、：这种振幅不变的振动叫等幅振动。 举几个等幅振动的例子，例如电铃响的时候，铃锤是做等幅振动。电磁打点计时器工作时，打点针是做等幅振动。挂钟的摆是做等幅振动。它们的共同特点是，工作时振动物体不断地受到周期性变化外力的作用。这种周期性变化的外力叫驱动力。在驱动力作用下物体的振动叫受迫振动。再让学生举几个受迫振动的例子，例如内燃机气缸中活塞的运动，缝纫机针头的运动，扬声器纸盆的运动，电话耳机中膜片的运动等都是受迫振动。问：受迫振动的频率跟什么有关呢？让学生注意观察演示（图3）。用不同的转速匀速地转动把手，可以发现，开始振子的运动情况比较复杂，但达到稳定后，振子的运动就比较稳定，可以明显地观察到受迫振
26、动的周期等于驱动力的周期。这样就可以得到物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振子的固有频率无关。问：受迫振动的振幅又跟什么有关呢？演示摆的共振（装置如图4），在一根绷紧的绳上挂几个单摆，其中A、B、G球的摆长相等。当使A摆动起来后，A球的振动通过张紧的绳给其余各摆施加周期性的驱动力，经一段时间后，它们都会振动起来。驱动力的频率等于A摆的频率。实验发现，在A摆多次摆动后，各球都将以A球的频率振动起来，但振幅不同，固有频率与驱动力频率相等的B、G球的振幅最大，而频率与驱动力频率相差最大的D、E球的振幅最小。明确指出：驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，振幅最大，这种现象叫共振。讲解一下共振在
27、技术上有其有利的一面，也存在不利的一面。结合课本让同学思考，在生活实际中利用共振和防止共振的实例。小结1振动物体都具有能量，能量的大小与振幅有关，振幅越大，振动能量也越大；2当振动物体的能量逐渐减小时，振幅也随着减小，这样的振动叫阻尼振动；3振幅保持不变的振动叫等幅振动；4物体在驱动力作用下的振动是受迫振动，受迫振动的频率等于驱动力的频率；5当驱动力的频率等于物体的固有频率时，受迫振动振幅最大的现象叫共振；共振在技术上有其有利的一面，也存在不利的一面；有利的要尽量利用，不利的要尽量防止。五、板书设计 5、外力作用下的振动一、等幅振动 振幅保持不变的振动叫等幅振动二、阻尼振动 振动物体的能量逐渐
28、减小时，振幅也随着减小，这样的振动叫阻尼振动三、受迫振动 物体在驱动力作用下的振动是受迫振动 受迫振动的频率等于驱动力的频率 当驱动力的频率等于物体的固有频率时，受迫振动振幅最大的现象叫共振六、课后作业 优化方案七、教学辅助手 弹簧振子、受迫振动演示仪、摆的共振演示器八、课后反思 本节课知识比较简单，主要让学生区分几种振动，在受迫振动中，做受迫振动的物体其振动周期与物体的固有周期无关等于驱动力的周期，学生不好理解需要教师多罗列一些生活中的实例，并且做好演示实验。关于共振因为与生活联系紧密，学生反而容易接受。12.1 波的形成和传播一、三维目标知识与技能1、知道直线上机械波的形成过程 2、知道什
29、么是横波,波峰和波谷 3、知道什么是纵波,密部和疏部 4、知道“机械振动在介质中传播，形成机械波”，知道波在传播运动形式的同时也传递了能量过程与方法1、培养学生进行科学探索的能力 2、培养学生观察、分析和归纳的能力 情感态度与价值观培养学生的空间想象能力和思维能力二、教学重点机械波的形成过程及传播规律三、教学难点 机械波的形成过程四、教学过程（）引入新课演示抖动丝带的一端，产生一列凹凸相间的波在丝带上传播在这个简单的例子中，我们接触到一种广泛存在的运动形式波动，请同学们再举出几个有关波的例子。学生会列举水波、声波、无线电波、光波。教师启发，大家听说过地震吗？学生会想到地震波。水波、声波、地震波
30、都是机械波，无线电波、光波都是电磁波。这一章我们学习机械波的知识，以后还会学习电磁波的知识。（二）进行新课现在学习第一节，波的形成和传播演示拨动水平悬挂的柔软长弹簧一端，产生一列疏密相间的波沿弹簧传播演示敲击音叉，听到声音，这是声波在空气中传播（指明，虽然眼睛看不到波形，但它客观存在，也是疏密相间的波形）师生共同分析，得出波产生的条件：波源，介质波是怎样形成的呢？为什么会有不同的波形？波传播的是什么呢？（设置疑问，激发学生的探究欲望）实验探索发放“探索波的形成和传播规律”的实验报告，进行实验探索并完成实验报告。实验目的：探索波的形成原因和传播规律实验（一）学生分组实验：每两人一条丝带（60cm左右），观察丝带上凹凸相间的波。实验步骤：（1）、将丝带一端用手指按在桌面上，手持另一端沿水平桌面抖动，在丝带上产生一列凹凸相间的波向另一端传播。（2）、在丝带上每隔大约23cm用墨水染上一个点，代表丝带上的质点。重复步骤（1）。观察丝带上的质点依次被带动着振动起来，振动沿丝带传播开去，在丝带上形成凹凸相间的波。思考：丝带的一端振动后，为什么后面的质点能被带动着运动起来？如果将丝带剪断，后面的质点还能运动吗？（质点间
