高中物理 11.3《简谐运动的回复力和能量》课件 新人教版选修34

教学设计

第十一章 第三节 简谐运动的回复力和能量

【教材分析】

本节课是高中物理人教版选修3—4第十一章《机械振动》第五节《简谐运动的回复力和能量》。前两节研究的是做简谐运动的质点的运动特点,不涉及它所受的力以及能量转换的情况,是从运动学的角度研究的。而本节要讨论它所受的力和能量转换的情况,是从动力学和能量的角度研究的。

在整个高中物理必修教材的教学中动力学以及功能转化关系贯穿始终，本节课再次从这两个角度深化了学生对物理学科的理解和体会，提高了学生分析问题解决问题的能力。

本节的学习学习的重点是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。回复力的特征是形成加速度、速度、位移等物理量周期性变化的原因。弹簧振子振动形成的原因，一是回复力的特点（总指向平衡位置），二是振子的惯性，这是分析问题的关键。对于竖直的弹簧振子，涉及弹性势能、重力势能、动能三者的变化，不要求从能量的角度对它进行分析。

【学情分析】

学生对于运动学的角度分析简谐运动已经比较熟悉，学生对弹簧的弹力比较熟悉，对弹簧振子的受力容易接受，对回复力是运动方向的合力也易理解，但对平衡位置合力不为零的简谐运动较陌生，在本节课不提及此类问题，等讲解单摆时再做详细解释。对能量的转换较易理解，对能量随时间的变化规律易模糊，可用图像讲解，形象准确。

新课程改革打破了以前的应试教育模式，教育教学过程中师生地位平等，充分贯彻以学生为本，坚持学生的主体地位，教师的主导地位。本节课是一节科学探究课，呈现在学生面前的是现象，是问题，积极引导学生探究。

【教学目标】

1.知识与技能：

（1）理解简谐运动的运动规律，掌握在一次全振动过程中位移、回复力、加速度、速度变化的规律。 （2）掌握简谐运动回复力的特征并知道回复力来源

（3）对水平的弹簧振子，能定量地说明弹性势能与动能的转化。

（4）知道在什么情况下可以把实际发生的振动看作简谐运动。

2.过程与方法：

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1 11.3简谐运动的回复力和能量教学设计

课题

简谐运动的回复力和能量 课型 新授课 课时数 1课时

教学目标 1、 理解回复力的物理意义和特点;

2、 能够根据简谐运动的回复力特点证明简谐运动;

3、 知道简谐运动的机械能守恒及动能和势能的相互转化

4、进一步理解简谐运动的周期性和对称性

重点

难点 重点：回复力的来源,特点,简谐运动的证明;简谐运动的能量特点.

难点：简谐运动的证明

教学

过程

主要内容 （教师填教法或点拨的方法,

学生填知识要点或反思）

一、

二、

【预习导引】

1．简谐运动的位移的物理含义是什么?怎么表示?

2．在弹簧振子一个周期的振动中，振子的合力怎么变化?方向有什么特点?

不论在什么位置(平衡位置除外)，物体所受合力均指向平衡位置，作用是使物体回到平衡位置，称为回复力.

【建构新知】

一、回复力

1.意义:振动物体在振动方向的合力

2.特点:F=－Kx

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2

K为振动系统的振动系数，在不同的振动系统中具体含义不同。

x为质点相对平衡位置的位移，有具体方向。

3．振子在质点方向所受合力如果大小与振子相对平衡位置的位移成正比，方向与位移始终相反，这样的振动是简谐运动。

证明以下几个物体为谐振子：

1．证明漂浮在水面的木块为谐振子。

（已知ρ水，ρ木，木块的横截面积S）

2．竖直悬挂的弹簧振子（已知弹簧的劲度系数K)

引申：悬挂在光滑斜面上的弹簧振子（已知弹簧的劲度系数K)

体会：

1．回复力可以由振动方向的一个力充当，也可能是振动方向的合力！

2．垂直振动方向的受力与振动无关。

思考：回复力与时间的关系？

解答：如图的弹簧振子的振动为简谐运动，

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三、

位移－时间关系为x＝Asinωt，而回复力

F＝－Kx，所以有F＝－KA sinωt=－Fm sinωt

可以用不同的图像表示上述特点.

第11章 第3节

基础夯实

一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)

1．物体做简谐运动的过程中，下述物理量中保持不变的是( B )

A．速度 B．振幅

C．势能 D．动能

解析：做简谐运动的物体，振幅保持不变，速度、动能、势能随时间变化，故选B。

2．在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，下列各组中描述振动的物理量总是相同的是( B )

A．速度、加速度、动量和动能

B．加速度、动能、回复力和位移

C．加速度、动量、动能和位移

D．位移、动能、动量和回复力

解析：振子每次经过同一位置时，其加速度、动能、回复力和位移总相同，故选B。

3．一个质点做简谐运动的图象如图所示，在t1和t2这两个时刻，质点的( B

)

A．加速度相同

B．速度相同

C．回复力相同

D．位移相同

解析：在t1和t2时刻，质点的加速度、回复力和位移大小相等方向相反，而速度的大小和方向相同，故选B。

4．关于水平弹簧振子做简谐运动时的能量，下列说法正确的是( ABC )

A．振动能量等于在平衡位置时振子的动能

B．振动能量等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和

C．振动能量保持不变

D．振动能量做周期性变化

解析：弹簧振子做简谐运动时的能量等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和，根据机械能守恒可知总能量等于在平衡位置时振子的动能，也等于在最大位移时弹簧的弹性势能，故AB正确。振子在振动过程，只有弹力做功，其机械能守恒，保持不变，故C正确，D错误。

5．如图所示的弹簧振子(以O点为平衡位置在B、C间振动)，取水平向右的方向为振子离开平衡位置的位移的正方向，得到如图所示的振动曲线。由曲线所给的信息可知，下列说法正确的是( AD

)

A．t＝0时，振子处在B位置

B．t＝4 s时振子对平衡位置的位移为10 cm

C．t＝2.5 s时振子对平衡位置的位移为5 cm

D．如果振子的质量为0.5 kg，弹簧的劲度系数为20N/cm，则振子的最大加速度大小为400 m/s2

高中物理第3节简谐运动的回复力和能量 试题

2019.09

1,如图所示，在匀强磁场中有一矩形线圈，它的平面与磁场平行，在磁场作用下发生转动，转动方向是

A.ab边转向纸外，cd边转向纸内

B.ab边转向纸内，cd边转向纸外

C.ad边转向纸内，cd边转向纸外

D.ad边转向纸外，cd边转向纸内

2,如图所示的天平可用来测定磁感应强度.天平的右臂下面挂一个矩形线圈，宽为L，共n匝.线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面.当线圈中通有电流I(方向如图)时，在天平左、右两边加上质量各为m1、m2的砝码，天平平衡；当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡，由此可知

A.磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为(m1-m2)g／nIL B.磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为mg／2nIL

C.磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为(m1-m2)g／nIL

D.磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为mg／2nIL

3,如图所示，水平放置的两根平行金属导轨相距0.2m，上面有一质量为O.04kg的均匀金属棒ab，电源电动势为6V、内阻为0.5Ω，滑动变阻器调到2.5Ω时，要在金属棒所在位置施加一个磁感应强度大小为________T，方向________的匀强磁场，才能使金属棒ab对轨道的压力恰好为零.(g=1Om／s2)

4,如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，有一段弯成直角的金属导线abc，且ab=bc=L0，通有电流I，磁场的磁感应强度为Bx，若要使该导线静止不动，在b点应该施加一个力F0，则F0的方向为________；Bx的大小为________.

5,一劲度系数为k的轻质弹簧，下端挂有一匝数为n的矩形线框abed，bc边长为L，线框下边部分处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与线框平面垂直，如图所示，垂直纸面向里.线框中通以电流，方向如图，开始时线框处于平衡状态.现令磁场反向，磁感应强度大小仍为B，线框达到新的平衡，在此过程中，线框位移的大小△x=________，方向________.