忻州一中教学建议·高二物理
1．简 谐 运 动 教 学 建 议 编写人 田素云 审核人 田素云
【学习目标】
1．通过对一些现象的观察和分析，了解什么叫振动。 2．认识弹簧振子的结构特点，理解它是一种理想化模型。
3．理解什么叫简谐运动，知道它是一种最简单、最基本的振动，能够初步分析其运动特征。
4．了解简谐运动振动图象的得出过程，知道它是一条正弦或余弦曲线。
5．理解简谐运动图象的物理意义，会由图象定性讨论振子的运动规律。
【教学过程】
(一)机械振动
1.教师讲解：同学们在描述琴弦的运动时提出了“琴弦在原来的静止位置附近振动”，或“琴弦在未开始振动时的位置附近振动”，那么同学们想一想：琴弦静止时或琴弦未振动时所受合力有什么特点?
学生答：此时琴弦所受合力为零.
2.教师总结：我们把振动物体所受合力等于零时所处的位置叫平衡位置.
3.教师问：同学们观察得到：琴弦做的是小幅度的振动，并且拨动琴弦一下，它就要在平衡位置附近振动多次，你认为这个特点该如何概括?
学生答：琴弦的运动具有往复性.
教师问：琴弦所做的运动就叫机械振动，那么现在请同学们结合琴弦运动的特点描述一下什么是机械振动.
学生答：物体的振动发生在平衡位置的附近，且做往复运动，这就是机械振动. 4.教师总结并板书：
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物体在平衡位置附近所做的往复运动，叫机械振动.并在平衡位置和往复二处加以强调.
5.同学们还能够举出哪些运动是简谐运动? 学生举例：
①音叉发声时所做的振动； ②钟摆的摆动；
③在弹簧下端挂一个小球，拉一下小球，小球所做的运动； ④水中浮标的上下浮动； ⑤树梢在微风中的摆动； ⑥担物行走时扁担的振动.
6.教师对学生进行激励评价，并用多媒体展示学生所举的几个例子，注意在多媒体展示过程中强化“平衡位置”和“往复运动”.
过渡引入：同学们，我们在前边学过了直线运动和曲线运动，在直线运动中，我们研究了匀速直线运动和匀变速直线运动，对其他复杂的直线运动不做研究；在曲线运动中我们学习了平抛运动和匀速圆周运动，对于复杂的曲线运动也没有过多涉及；那么同学们想一下：在物理中我们研究的都是一些什么样的运动?
学生答：研究的是最简单、最基本的运动.
教师：同样的，研究振动也要从最简单、最基本的振动着手，这种振动叫做简谐运动.
板书：一、简谐运动 (二)简谐运动
1.教师讲：同前面学过的匀速直线运动、平抛运动一样，今天学习的简谐运动也是一种理想化的振动，下面我们就来观察一个实例：
2.老师介绍弹簧振子
①在实物投影仪上展示水平弹簧振子.
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②用多媒体分步展示，并给学生介绍它的组成： ａ.有孔的小球；
ｂ.有孔小球拴在弹簧的一端； ｃ.有孔小球和弹簧一起穿在水平杆上.
③学生阅读课文有关部分：回答弹簧振子的哪些因素忽略不计?
学生答：小球在杆上滑动时，小球和水平杆之间的摩擦忽略不计；弹簧的质量比小球的质量小得多，也可忽略不计.
④教师总结：把一个有孔的小球安在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球穿在光滑的水平杆上，可以在杆上滑动，这样的系统称为弹簧振子，其中的小球常称为振子.
板书：弹簧振子(理想化模型) 3.研究弹簧振子的运动
把弹簧振子放到实物投影仪上：
ａ.让弹簧振子自由伸长，此时振子静止在O点，问，此时振
子受到哪些力的作用?
学生答：振子静止在O点时，弹簧没有发生形变，对振子没有弹力的作用，此时振子受到重力和杆的支持力作用.
师总结：当振子处于O点时，振子所受合力为零，我们把O点叫做振子的平衡位置.
ｂ.把振子向右拉到A点，松手，问：松手后的瞬间振子受到哪些力的作用?
学生：振子受到重力、支持力、弹簧的拉力作用.
老师总结：此时振子受到的合力也就等于弹簧的拉力，方向向左.
ｃ.观察松手后，振子将做什么运动?
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学生：以O 点为平衡位置，在A点Ａ′之间做往复运动.
ｄ.在实物投影仪上找到O、A、A′的位置，并测量，OA与OA′之间距离，得到：A和
Ａ′关于O点是对称的.
4.分析弹簧振子由A到O的运动
①用多媒体课件模拟振子由A到O的运动.
②教师介绍弹簧振子的位移总是相对于平衡位置而言的，即弹簧振子的位移，初位置是平衡位置，末位置是振子所在的位置.
③分步讨论弹簧振子在从Ａ→O运动过程中的位移、合力、速度、加速度的大小和方向的变化规律：
ａ.从A到O运动中，位移的大小和方向如何?大小如何变化?
学生答：由A到O运动过程中，位移方向由Ｏ→Ａ，因为位移的方向是从初位置，指向末位置；随着振子不断地向O靠近，位移越来越小.
ｂ.从Ａ→Ｏ过程中，速度方向如何?大小如何变化?
学生答：从A到O运动过程中，速度方向是从Ａ→Ｏ，因为物体的速度方向与运动方向一致.随着振子不断地向O靠近，弹簧势能转化为动能，所以小球的速度越来越大.
ｃ.从A到O运动过程中，小球所受的合力有什么特点?
学生答：因为小球共受三个力：弹簧的拉力、杆的支持力和小球的重力，而重力和支持力已相互平衡，所以合力的变化与弹簧弹力的变化相同.
所以从Ａ→Ｏ过程中，据胡克定律得到：物体所受的合力变小，方向指向平衡位置.
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ｄ.从A到O运动过程中，振子(小球)的加速度方向如何?大小如何变?
学生答：据牛顿第二定律得：小球从A到O运动过程中，加速度变小，方向指向平衡位置.
5.学生讨论分析振子从O到Ａ′，从Ａ′到O，从O到A的运动情况，并填表 ① 用多媒体出示下列表格 振子的运动 对平衡位置的位移的方向？大小如何变化 振子所受的合力方向怎样？大小如何变化？ 加速度的方向怎样？大小如何变化？ 速度的方向怎样？大小如何变化？ A→O 方向水平向左，不断增大 方向水平向左，大小不断减小 水平向左，不断减小 水平向左，不断增大 O→A′ 方向水平向左，不断增大 水平向右，不断增大 水平向右，不断增大 水平向左，不断减小 A′→O 水平向左，不断减小 水平向右，不断减小 水平向右，不断减小 水平向右，不断增大 O→A 水平向右，不断增大 水平向左，不断增大 水平向左，不断增大 水平向右，不断减小 ②学生讨论后，用多媒体课件将结果逐项显示到表格中. 6.填表结束后，针对表格中显示的信息，回答下列问题：
①弹簧振子在往复运动过程中，弹簧的弹力对振子起什么作用?它的方向有什么特点?
②弹簧振子的位移方向有什么特点?据实验八的结论：位移和弹簧的弹力之间有什么关系?
7.学生答：
①在振子的往复运动中，弹簧的弹力对振子所起的作用是使振子能返回平衡位置，它的方向总是指向平衡位置.
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