(完整版)大学物理授课教案第十二章机械振动.doc

课程名称：大学物理授课班级：XX级XX班授课时间：2课时教学目标：1. 理解机械振动的概念，掌握简谐振动的特点。

2. 掌握机械振动的基本方程和运动规律。

3. 理解能量守恒原理在机械振动中的应用。

4. 能够分析简单的机械振动问题。

教学重点：1. 简谐振动的定义和特点。

2. 机械振动的基本方程和运动规律。

3. 能量守恒原理在机械振动中的应用。

教学难点：1. 简谐振动方程的推导和应用。

2. 能量守恒原理在复杂机械振动问题中的应用。

教学过程：第一课时一、导入1. 回顾初中物理中学过的振动和波的基本概念。

2. 提出问题：在物理学中，如何描述一个物体在平衡位置附近做周期性运动？二、新课讲解1. 机械振动的概念：物体在平衡位置附近做周期性运动的现象称为机械振动。

2. 简谐振动的定义和特点：- 定义：物体在回复力作用下，沿着某一方向做周期性运动。

- 特点：振动周期T与振幅A无关，振动方程具有正弦或余弦函数形式。

3. 简谐振动方程的推导：- 根据牛顿第二定律，推导简谐振动的微分方程。

- 解微分方程，得到简谐振动方程。

4. 机械振动的基本方程和运动规律：- 位置方程：x = A cos(ωt + φ)- 速度方程：v = -Aω sin(ωt + φ)- 加速度方程：a = -Aω^2 cos(ωt + φ)三、课堂练习1. 已知一个简谐振动的振幅为5cm，周期为4s，求该振动的频率和角频率。

2. 已知一个简谐振动的位置方程为x = 3cm cos(πt/2)，求该振动的速度和加速度。

四、小结1. 简谐振动的定义和特点。

2. 机械振动的基本方程和运动规律。

第二课时一、复习1. 回顾上节课所学内容，重点强调简谐振动的定义、特点、方程和运动规律。

二、新课讲解1. 能量守恒原理在机械振动中的应用：- 机械振动过程中，总能量保持不变。

- 机械能包括动能和势能，动能和势能之间可以相互转化。

2. 机械振动中能量守恒的推导：- 根据牛顿第二定律和简谐振动方程，推导机械振动中的能量守恒公式。

课程名称：大学物理授课班级：XX级XX班授课时间：2课时教学目标：1. 理解振动的概念，掌握简谐振动的特点。

2. 理解振幅、周期、频率、相位等基本概念。

3. 掌握简谐振动的运动方程和能量关系。

4. 能够分析简单振动问题，解决实际问题。

教学重点：1. 简谐振动的特点。

2. 简谐振动的运动方程和能量关系。

教学难点：1. 简谐振动的能量关系。

2. 复杂振动问题的分析。

教学过程：一、导入1. 引入振动现象，如钟摆、弹簧振子等，让学生观察并描述振动的特点。

2. 提问：什么是振动？振动有哪些特点？二、新课讲解1. 振动的概念- 振动是指物体或系统在平衡位置附近做周期性往复运动的现象。

- 振动可以分为自由振动、受迫振动和阻尼振动。

2. 简谐振动的特点- 简谐振动是指物体在平衡位置附近做正弦（或余弦）函数形式的振动。

- 简谐振动的特点：周期性、正弦（或余弦）函数形式、能量守恒。

3. 简谐振动的运动方程和能量关系- 运动方程：x = A cos(ωt + φ)其中，x为位移，A为振幅，ω为角频率，t为时间，φ为初相位。

- 能量关系：E = 1/2 k A^2其中，E为能量，k为弹性系数。

4. 复习振幅、周期、频率、相位等基本概念- 振幅：振动过程中物体离开平衡位置的最大距离。

- 周期：振动一次所需的时间。

- 频率：单位时间内振动的次数。

- 相位：描述振动状态的一个物理量。

三、课堂练习1. 计算弹簧振子的振幅、周期、频率和相位。

2. 分析一个简单振动问题，如单摆的振动。

四、课堂小结1. 总结本节课所学内容，强调简谐振动的特点、运动方程和能量关系。

2. 强调振动在物理学中的应用，如机械振动、声学、光学等。

五、课后作业1. 完成课后习题，巩固所学知识。

2. 查阅资料，了解振动在现实生活中的应用。

教学反思：本节课通过讲解振动的基本概念、特点、运动方程和能量关系，使学生掌握了简谐振动的相关知识。

在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动思考，培养学生的分析问题和解决问题的能力。

【重要知识梳理】一、机械振动1、机械振动：物体（或物体的一部分）在某一中心位置两侧做的往复运动．振动的特点: ①存在某一中心位置; ②往复运动,这是判断物体运动是否是机械振动的条件.产生振动的条件: ①振动物体受到回复力作用; ②阻尼足够小;2、回复力：振动物体所受到的总是指向平衡位置的合外力．①回复力时刻指向平衡位置;②回复力是按效果命名的, 可由任意性质的力提供．可以是几个力的合力也可以是一个力的分力;③合外力：指振动方向上的合外力，而不一定是物体受到的合外力．④在平衡位置处：回复力为零，而物体所受合外力不一定为零．如单摆运动，当小球在最低点处，回复力为零，而物体所受的合外力不为零．3、平衡位置：是振动物体受回复力等于零的位置；也是振动停止后，振动物体所在位置；平衡位置通常在振动轨迹的中点。

“平衡位置”不等于“平衡状态”。

平衡位置是指回复力为零的位置，物体在该位置所受的合外力不一定为零。

(如单摆摆到最低点时，沿振动方向的合力为零，但在指向悬点方向上的合力却不等于零，所以并不处于平衡状态)二、简谐振动及其描述物理量1、振动描述的物理量(1)位移：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段．①是矢量,其最大值等于振幅；②始点是平衡位置,所以跟回复力方向永远相反；③位移随时间的变化图线就是振动图象．(2)振幅：离开平衡位置的最大距离．①是标量；②表示振动的强弱；(3)周期和频率：完成一次全变化所用的时间为周期T，每秒钟完成全变化的次数为频率f．①二者都表示振动的快慢；②二者互为倒数；T=1/f；③当T和f由振动系统本身的性质决定时(非受迫振动)，则叫固有频率与固有周期是定值,固有周期和固有频率与物体所处的状态无关．2、简谐振动：物体所受的回复力跟位移大小成正比时，物体的振动是简偕振动． ①受力特征：回复力F=—KX 。

②运动特征：加速度a=一kx ／m ，方向与位移方向相反，总指向平衡位置。

简谐运动是一种变加速运动，在平衡位置时，速度最大，加速度为零；在最大位移处，速度为零，加速度最大。

机械振动及其特性教案一、教学目标1.了解机械振动的基本概念和分类。

2.掌握机械振动的特性。

3.能够运用所学知识在机械设备的运行中进行振动分析。

二、教学重难点1.机械振动的特性。

2.机械振动的分析方法。

三、教学内容1.机械振动基本概念机械振动是指机械系统在运动过程中发生的振动现象。

所有机械系统都会产生振动，振动可能会导致机器的磨损，噪音和性能下降。

机械振动按照振动形式可以分为以下三种：(1)自由振动：当物体受到外部干扰后，自动开始振动，并以自身固有频率进行振动的运动。

(2)强制振动：当外界施加一定频率的周期性作用力时，物体将以该频率进行振动。

(3)共振振动：当机械系统的固有振动频率与外界作用力间频率相同波长相等时，振幅增大并共振发生。

共振振动是机械系统中最危险的一种振动，它会导致机械元件的破坏。

2.机械振动特性机械振动的特性主要包括三个方面：振动的幅值、频率和相位。

(1)振动幅值：机械振动的振幅是指物体挥动的长度或角度。

振幅越大，即物体挥动的范围越大，对机器的损伤就越大。

(2)振动频率：机械振动的频率是指振动中每秒钟重复出现的次数。

它和物体质量、弹性系数、杆长和杆的几何形状等因素有关。

(3)振动相位：指某一时刻两个物体振动的相对位置。

相位关系决定了振动能量的传递方向以及减震和隔音等方法的选择。

3.机械振动分析方法(1)谐波分析法：将周期信号分解成一系列的谐波，根据谐波的幅值和相位值进行分析。

(2)时域分析法：通过对振动信号进行时间域分析，可以得出振幅和幅值等参数。

(3)频域分析法：通过对信号进行傅里叶变换，分析信号中包含的频率成分，得出谱线图，可以判断振动信号中的谐波频率。

(4)相位分析法：利用相位差来判断信号传输时的时间周期，从而确定系统的共振频率。

四、教学方法1.案例分析法：以实例为教学资源，让学生通过对实例的分析，了解振动原理与实际运用。

2.讲授法：通过知识点和案例总结的方式进行讲解，让学生掌握振动的特性和分析方法。

一、教学目标1. 知识目标：（1）理解机械振动的概念，掌握振动的分类和特点。

（2）掌握简谐振动的基本概念、特征量及其相互关系。

（3）掌握谐振动的能量、运动学特征和动力学特征。

（4）了解振动合成、频谱分析、阻尼振动和受迫振动等概念。

2. 能力目标：（1）能运用简谐振动的基本理论解决实际问题。

（2）能分析振动系统的稳定性，掌握振动控制方法。

3. 情感目标：（1）激发学生对物理学的兴趣，培养学生严谨的科学态度。

（2）培养学生团队合作精神，提高学生的综合素质。

二、教学内容1. 机械振动的概念及分类2. 简谐振动的基本概念、特征量及其相互关系3. 简谐振动的能量、运动学特征和动力学特征4. 振动合成5. 频谱分析6. 阻尼振动和受迫振动三、教学过程第一课时1. 导入新课通过生活中的实例，如钟摆、弹簧振子等，引入机械振动的概念。

2. 讲解机械振动的分类及特点（1）机械振动的分类：自由振动、受迫振动、阻尼振动。

（2）自由振动的特点：周期性、等幅性、能量守恒。

3. 讲解简谐振动的基本概念、特征量及其相互关系（1）简谐振动的定义：物体在平衡位置附近作等幅、周期性、有规律的往复运动。

（2）简谐振动的特征量：振幅、周期、频率、相位。

（3）特征量之间的关系：T = 2π/ω，f = 1/T。

4. 讲解简谐振动的能量、运动学特征和动力学特征（1）能量：动能和势能。

（2）运动学特征：速度、加速度。

（3）动力学特征：弹性力、恢复力。

第二课时1. 讲解振动合成（1）同方向同频率谐振动的合成：叠加原理。

（2）同方向不同频率谐振动的合成：矢量合成。

（3）相互垂直的两个振动的合成：平行四边形法则。

2. 讲解频谱分析（1）频谱的定义：将信号分解为不同频率的成分。

（2）频谱分析的方法：傅里叶变换。

3. 讲解阻尼振动和受迫振动（1）阻尼振动：系统受到阻力作用，能量逐渐耗散。

（2）受迫振动：系统受到外部周期性力的作用，产生振动。

第三课时1. 课堂小结回顾本节课所学内容，强调重点和难点。

机械振动教案教案标题：机械振动教案教案目标：1. 了解机械振动的基本概念和原理。

2. 掌握机械振动的分类和特性。

3. 理解机械振动在实际应用中的重要性和应用范围。

4. 能够运用所学知识分析和解决机械振动相关问题。

教案步骤：引入：1. 使用一个简单的例子或实验来引起学生对机械振动的兴趣，例如一个摆钟或弹簧振子的演示。

2. 引导学生思考，什么是振动？振动有哪些特点和表现形式？概念讲解：3. 介绍机械振动的基本概念和原理，包括质点振动和刚体振动的区别。

4. 解释机械振动的分类，如自由振动、强迫振动和阻尼振动，并讲解每种振动的特性和应用。

实例分析：5. 提供一些实际应用中的机械振动案例，如桥梁振动、发动机振动等，并让学生分析振动的原因和可能的解决方法。

6. 引导学生进行小组讨论，让他们分享自己对机械振动的理解和应用。

问题解决：7. 提供一些机械振动相关的问题，让学生运用所学知识进行分析和解决。

8. 鼓励学生提出自己的问题，并引导他们通过实验或计算来验证和解决问题。

总结：9. 总结机械振动的重要性和应用范围，强调学生在实际生活中的运用价值。

10. 鼓励学生思考机械振动的未来发展和可能的应用领域。

教案评估：11. 设计一份简单的机械振动测验，包括选择题和应用题，以评估学生对所学知识的理解和应用能力。

教学资源：- PowerPoint演示文稿或白板- 机械振动实验器材（如弹簧振子、摆钟等）- 实际应用案例资料- 机械振动相关的教科书或参考书籍教学延伸：对于学习能力较强的学生，可以引导他们进行更深入的机械振动研究，如振动控制、振动传感器等领域的学习和实践。

同时，可以鼓励学生进行小型科学实验，观察和记录不同参数对振动特性的影响。

教案注意事项：1. 确保教案内容简洁明了，符合学生的认知水平。

2. 引导学生积极参与讨论和实践，培养他们的团队合作和问题解决能力。

3. 根据实际教学情况，适当调整教案步骤和时间分配，确保教学进度和学生的学习效果。

机械振动·教案一、教学目标1．在物理知识方面的要求：(1)知道什么是机械振动；(2)知道怎样描述机械振动。

2．通过观察演示实验，让学生明确机械振动的共同特点，从而总结出机械振动的定义，进而引出表示机械振动的物理量。

3．在物理方法的教学中，由于这部分内容在教材中只介绍一个轮廓，把定量的讨论放低，只做定性的研究，要用定性的语言来叙述和分析比较复杂的物理现象，因此在教学过程中要注重学生用语言来叙述和分析比较复杂物理过程的培养。

二、重点、难点分析1．重点(1)明确产生机械振动的条件。

(2)对表示机械振动的位移、速度、加速度等物理量特点的理解。

(3)对回复力概念的理解和判断。

(4)对表示机械振动的物理量(振幅、周期、频率)的掌握。

2．难点是机械振动这种复杂运动形式的理解和描述。

三、教具演示机械振动的弹簧振子、单摆、大口瓶与鱼漂等。

四、主要教学过程(一)引入新课演示几种振动：弹簧振子，单摆，在大口水瓶中上下振动的鱼漂。

让学生观察上述运动的共同特点——往复性。

(二)教学过程设计1．机械振动(1)机械振动的定义：物体或物体的一部分在平衡位置附近来回做往复运动叫做机械振动，常常简称振动。

(2)产生机械振动的条件平衡位置：振动停止时物体所在的位置。

回复力：使振动物体回到平衡位置的力。

分析水平的弹簧振子的振动过程，可以请学生说：当振子离开平衡位置时，能够使振子回到平衡位置的力是哪个力？这个力的特点是怎样的？再分析图1弹簧下端的物体的振动。

将物体由平衡位置向下拉下一小段距离后释放，当物体在平衡位置下方时，重物所受合外力向上指向平衡位置；当重物在平衡位置上方时，重物所受合外力向下指向平衡位置。

就是说，重物偏离平衡位置后，总受到一个指向平衡位置的力的作用，在这个力的作用下，重物将回到平衡位置，这个合力就是回复力，在这个实验中回复力是由重力和弹簧的合力来充当的。

回复力是根据力的效果来命名的。

产生机械振动的条件：(1)物体离开平衡位置后，受到回复力的作用；(2)运动中物体所受到的阻力足够小。

机械振动机械波教案一、教学目标1.了解机械振动的基本概念和特点；2.了解机械波的基本概念和特点；3.能够描述机械振动的特征参数和振动方程；4.能够描述机械波的传播特点和波动方程；5.能够解决与机械振动和机械波相关的问题。

二、教学重点1.机械振动的特征参数和振动方程；2.机械波的传播特点和波动方程。

三、教学难点1.机械波的传播特点和波动方程。

四、教学过程1.导入（10分钟）通过激发学生的好奇心，引导他们思考什么是机械振动和机械波，并以日常生活中机械振动和机械波的例子来引入。

2.机械振动（20分钟）2.1机械振动的基本概念和特点通过展示一些具有振动特征的物体（如钟摆、弹簧等），引导学生了解机械振动的基本概念和特点。

2.2机械振动的特征参数和振动方程介绍机械振动的特征参数，如周期、频率、角频率、振幅等。

并通过示例讲解机械振动的振动方程。

3.机械波（20分钟）3.1机械波的基本概念和特点通过展示一些具有波动特征的物质（如水波、声波等），引导学生了解机械波的基本概念和特点。

3.2机械波的传播特点和波动方程介绍机械波的传播特点，如波速、频率、波长等。

并通过示例讲解机械波的波动方程。

4.练习与巩固（20分钟）通过小组讨论和个人思考，解决一些与机械振动和机械波相关的问题，巩固所学知识。

5.拓展与应用（20分钟）引导学生思考机械振动和机械波在日常生活和科学技术中的应用，并请学生在小组内进行讨论和展示。

6.总结与展望（10分钟）对本节课所学内容进行总结，并展望下一节课的学习内容。

五、教学资源1.PPT课件；2.实验设备：钟摆、弹簧、水槽等；3.小组讨论资料。

六、教学评价通过学生的课堂参与、小组讨论和个人解答问题等方式来评价学生的学习情况。

并根据学生的表现情况，对相关知识进行巩固和拓展。

第五章 机械振动前言1. 振动是一种重要的运动形式2. 振动有各种不同的形式——机械振动:位移 x 随t 变化；电磁振动；微观振动广义振动:任一物理量(如位移、电流等)在某一数值附近反复变化。

3. 振动分类§5.1 简谐振动的动力学特征一、 弹簧振子的振动 二、谐振动方程 f = - k x x mk m f a -==令 2ω=m k 则有x dtxd a 222ω-== 即 0x dtx d 22=+2ω 其解为()()0t Acos t x ϕω+=振动 受迫自由 阻尼 无阻尼自由非谐 自由谐动mo x X 0 = 0 A x m o X 0 = Ax m o -A X 0 = -Aωt+ϕ解：选平板位于正最大位移处t=0(00=ϕ)，由πππω4212T2===则 t Acos4x π= t Acos4-16a 2ππ= （1）对物体 ma N -mg = t mAcos416mg ma -mg N2ππ+==物体对平板压力 t m Acos416--m g -N F 2ππ== （SI ）t cos41.28--19.62ππ=（N ）负号表示向上（2） N=0 时，物体离开平板。

即0t m Acos416m g 2=+ππ时，由（1）知当 -1t cos4=π时，N 最小，（即 当 x = -A 时）∴ 6.2116gm 16mg A 22≈==ππ（cm ）六 单摆如图所示，m 受合外力沿轨道切线方向分力θsin mg f t -=,负号表示力的方向与θ角的方向相反。

当 5<θ时θθmg mg f t -≈-=sin 有θθβmg dtd ml ml ma t -===22 即 022=θ+θlgdt d 令 l g =ω20222=θω+θdtd 所以，在角位移很小（ 5<θ）情况下，单摆的振动才是近似的简谐振动。

l g =ω ，gl T π=2 ，lgπ=ν21 。