高中物理 第二冊(cè)簡諧運(yùn)動(dòng)的能量 阻尼振動(dòng)教案 人教版

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1、9．6簡諧運(yùn)動(dòng)的能量阻尼振動(dòng)一、教學(xué)目標(biāo)1.知道振幅越大，振動(dòng)的能量(總機(jī)械能)越大.2.對(duì)單擺，應(yīng)能根據(jù)機(jī)械能守恒定律進(jìn)行定量計(jì)算.3.對(duì)水平的彈簧振子，應(yīng)能定性地說明彈性勢能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化.4.知道什么是阻尼振動(dòng)和阻尼振動(dòng)中能量轉(zhuǎn)化的情況.5.知道在什么情況下可以把實(shí)際發(fā)生的振動(dòng)看作簡諧運(yùn)動(dòng).二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1．理解簡諧運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能守恒。2．會(huì)分析簡諧運(yùn)動(dòng)中各種能量之間的轉(zhuǎn)化和相關(guān)計(jì)算。三、教學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)演示，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)四、教具：彈簧振子演示器，單擺演示器，計(jì)算機(jī)，大屏幕，自制CAI課件五、教學(xué)過程（－）引入新課上幾節(jié)課講了簡諧運(yùn)動(dòng)，知道簡諧運(yùn)動(dòng)中力與運(yùn)動(dòng)的變化關(guān)系，那么簡諧

2、運(yùn)動(dòng)中能量是如何變化的呢？【板書】六　簡諧運(yùn)動(dòng)的能量　　阻尼振動(dòng)圖１（二）進(jìn)行新課【演示１】彈簧振子演示器（圖１）把彈簧振子由平衡位置Ｏ拉到位置Ａ后釋放，讓彈簧振子由Ａ運(yùn)動(dòng)到Ｏ后，又由Ｏ運(yùn)動(dòng)到Ａ’，使振子在Ａ、Ａ’間來回振動(dòng)。分析；彈簧拉到位置Ａ?xí)r，彈簧發(fā)生的形變量最大，振動(dòng)系統(tǒng)具有的彈性勢能也最大；振子的速度為零，振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能為零。當(dāng)由位移最大位置Ａ向平衡位置Ｏ運(yùn)動(dòng)時(shí)，振子位移逐漸減小，彈簧的形變也逐漸減小，振動(dòng)系統(tǒng)的勢能也逐漸減??；速度逐漸增大，動(dòng)能逐漸增大；由于在運(yùn)動(dòng)過程中，只有彈簧的彈力做功，機(jī)械能守恒，振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能總量保持不變。在平衡位置Ｏ時(shí)，位移為零，彈簧沒有形變，振動(dòng)系統(tǒng)的

3、勢能也為零；速度達(dá)到最大，動(dòng)能達(dá)到最大。當(dāng)由平衡位置Ｏ向位移最大位置Ａ’運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧的形變逐漸增大，振動(dòng)系統(tǒng)的勢能也逐漸增大；速度逐漸減小，動(dòng)能也逐漸減??；由于在運(yùn)動(dòng)過程中，只有彈簧的彈力做功，機(jī)械能守恒，振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能總量保持不變。圖２當(dāng)振子在位移最大位置Ａ’時(shí)，與振子在Ａ點(diǎn)能量相同。當(dāng)振子由位移最大位置Ａ’回到平衡位置Ｏ時(shí)，與振子由Ａ到Ｏ點(diǎn)能量變化相同，當(dāng)振子由平衡位置Ｏ到達(dá)位移最大位置Ａ?xí)r，與由平衡位置Ｏ到達(dá)位移最大位置Ａ’能量變化相同，不再重復(fù)。結(jié)論：振子在運(yùn)動(dòng)過程中，就是動(dòng)能與勢能間的一個(gè)轉(zhuǎn)化過程，在平衡位置時(shí)，動(dòng)能最大，勢能最小；在位移最大位置時(shí)，勢能最大，動(dòng)能最??；在由平衡位置

4、向位移最大位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)能減小，勢能增大；在由位移最大位置向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，勢能減小，動(dòng)能增大；機(jī)械能總量保持不變。是否所有的簡諧運(yùn)動(dòng)都具有這些特點(diǎn)呢？【演示２】單擺的擺動(dòng)（圖２）把擺長為Ｌ，質(zhì)量為ｍ的小球從平衡位置拉過θ角到達(dá)Ａ點(diǎn)釋放，由位移最大位置Ａ運(yùn)動(dòng)到平衡位置Ｏ，又由平衡位置Ｏ運(yùn)動(dòng)到位移最大位置Ａ’后，在Ａ、Ａ’間來回振動(dòng)。分析：（取位置Ｏ所在的平面為重力勢能的參考面，設(shè)該平面勢能為零。）擺球在位置A時(shí)，由于擺球上升的高度h=L(1-cosθ)最大，振動(dòng)系統(tǒng)具有的重力勢能EP=mgL(1-cosθ)最大，擺球的速度為零，動(dòng)能為零。在由位移最大位置Ａ向平衡位置O運(yùn)動(dòng)時(shí)，擺球高度逐漸減小，

5、重力勢能逐漸減小；速度逐漸增大，動(dòng)能逐漸增大。由于只有重力做功，機(jī)械能守恒，振動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械能總量保持不變。在平衡位置O時(shí)，擺球到達(dá)零勢能面，重力勢能為零；速度最大，動(dòng)能最大。由機(jī)械能守恒得：該位置的動(dòng)能為EK=mgL(1-cosθ)，該位置的速度為v=.在位移最大位置Ａ’時(shí)，由于擺球上升的高度最大，振動(dòng)系統(tǒng)的勢能最大；速度最小，動(dòng)能為零。由機(jī)械能守恒，Ａ、Ａ’兩點(diǎn)機(jī)械能相等，得：h’=h=L(1-cosθ).當(dāng)振子由位移最大位置Ａ’回到平衡位置O時(shí)，與振子由A到O點(diǎn)能量變化相同。當(dāng)振子由平衡位置O回到位移最大位置Ａ?xí)r，與由平衡位置O到達(dá)位移最大位置Ａ’能量變化相同，不再重復(fù)。通過對(duì)彈簧振子和單擺

6、的分析，得出下面的規(guī)律：【板書】1、簡諧運(yùn)動(dòng)的能量（1）動(dòng)能、勢能的變化（投影下表）振子的運(yùn)動(dòng)AA→OOO→Ａ’Ａ’Ａ’→OOO→A能量的轉(zhuǎn)化動(dòng)能最小增加最大減小最小增加最大減小勢能最大減小最小增加最大減小最小增加機(jī)械能不變不變不變不變不變不變不變不變從上表可看到振子在做簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)能和勢能在不斷轉(zhuǎn)化，總能量保持不變，那么總能量和什么因素有關(guān)呢？當(dāng)把擺球拉高一些讓擺球開始振動(dòng)，由于擺球升高，振幅增大，振動(dòng)系統(tǒng)的重力勢能增加，總能量變大。當(dāng)把彈簧振子拉長一些讓振子開始振動(dòng)，由于振幅增大，彈簧的形變?cè)龃?，振?dòng)系統(tǒng)彈性勢能增加，總能量變大?！景鍟浚?）簡諧運(yùn)動(dòng)中的能量跟振幅有關(guān)；振幅越大，能量越

7、多對(duì)簡諧運(yùn)動(dòng)來說，一旦外界供給振動(dòng)系統(tǒng)一定的能量，使它開始振動(dòng)，系統(tǒng)中的動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能總量保持不變，它就以一定的振幅永不停息地振動(dòng)下去。在日常生活中常見的振動(dòng)與上述所講有所不同。小孩坐在秋千斗里，媽媽把秋千推起來后，不再推秋千，秋千的振幅會(huì)隨時(shí)間逐漸減小，最后直到停止；用錘敲鑼時(shí)，鑼面振動(dòng)，發(fā)出響聲，但一會(huì)鑼就停止振動(dòng)了，這是什么因素引起的呢？由于振動(dòng)系統(tǒng)要受到外界的摩擦和阻力作用（即