高中物理选修3-4全套教案(人教版)
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第2课时全反射研究学考·把握考情]知识内容全反射考试要求加试b 教学要求1.区分光疏介质和光密介质2.了解光的全反射现象,知道全反射现象产生的条件3.知道光导纤维和全反射棱镜,了解它们的应用4.会计算全反射临界角知识点一全反射基础梳理]1.光疏介质和光密介质(1)折射率较小的介质称为光疏介质,折射率较大的介质称为光密介质。
(2)光疏介质与光密介质是相对的。
2.全反射当光从光密介质射向光疏介质时,同时发生折射和反射,如果入射角逐渐增大,折射光离法线会越来越远,而且越来越弱,反射光却越来越强。
当入射角增大到某一角度,使折射角达到90°时,折射光完全消失,只剩下反射光,这种现象叫做全反射。
3.临界角(1)定义:折射角为90°时的入射角叫做临界角。
(2)临界角C与折射率n的关系:sin C=1n。
4.发生全反射的条件当光从光密介质射入光疏介质时,如果入射角等于或大于临界角,就会发生全反射现象。
要点精讲]1.对光疏介质和光密介质的理解(1)光疏介质和光密介质是相对而言的。
(2)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小。
(3)光从光密介质进入光疏介质时,折射角大于入射角;反之,光由光疏介质进入光密介质时,折射角小于入射角。
(4)光疏和光密是从介质的光学特性来说的,并不指它的密度大小。
2.全反射(1)临界角:折射角为90°时的入射角称为全反射的临界角,用C 表示,sin C =1n。
(2)全反射的条件:①光由光密介质射向光疏介质;②入射角大于或等于临界角。
(3)全反射遵循的规律:发生全反射时,光全部返回原介质,入射光与反射光遵循光的反射定律,由于不存在折射光线,光的折射定律不再适用。
[例题 ] 某种介质对空气的折射率是2,一束光从该介质射向空气,入射角是60°,那么以下光路图中正确的选项是(图中Ⅰ为空气,Ⅱ为介质)( )解析 由题意知,光由光密介质射向光疏介质,由sin C =1n =12,得C =45°<θ1=60°,故在两介质的界面上会发生全反射,只有反射光线,没有折射光线,应选项D 正确。
课题:§8.3 简谐运动的图像教学目的:1、知道简谐运动的图像是一条正弦或余弦曲线。
2、能根据图象知道振动的振幅、周期和频率。
3、知道振动图像的物理含义。
教学重点:简谐运动图像的特点,能根据图象知道振动的振幅、周期和频率教学难点:知道振动图像的物理含义教具:砂摆实验装置教学过程:描述物体的运动规律除了可以用公式法、列表法之外,还可以用数学图象。
这节课我们来学习简谐运动的位移图象,简谐运动的位移图象叫做简谐运动的振动图象。
一、简谐运动的位移图象——振动图象演示一:砂摆实验。
让学生观察现象。
①砂在木板上来回划出一条直线。
说明振动物体仅仅只在平衡位置两侧来回运动,但由于各个不同时刻的位移在木板上留下的痕迹相互重置而呈现为一条直线。
②砂子堆砌在一条直线上,堆砌的沙子堆,它的纵剖面是矩形吗?学生答:砂子不是均匀分布的。
中央部分(即平衡位置处)难的少,在摆的两个静止点下方,砂子堆的多(如图2),因为摆在平衡位置运动的最快。
质点做的是直线运动,但它每时刻的位移都有所不同。
如何将不同时刻的位移分别显示出来呢?演示二:让砂摆振动,同时沿着与振动垂直的方向匀速拉动摆下的长木板(即平板匀速抽动实验,如图3所示)。
让学生观察现象:原先成一条直线的痕迹展开成一条曲线。
并相互讨论图线。
①图线的x 、y 轴(横、纵坐标)分别表示什么物理量?②曲线是不是质点的运动轨迹?质点做的是什么运动?③图象的物理意义是什么?④这条图线的特点是什么?请同学回答,并讨论得出正确结果——⒈理论和实验都证明:简谐运动的振动图象都是正弦或余弦曲线。
⒉简谐运动的图像的物理意义:简谐运动的图像表示振子对平衡位置的位移随时间变化的规律。
即图像反映了某一物体在各个时刻相对于平衡位置的位移情况。
注意:不要把简谐运动的图像和振子运动的轨迹混为一谈,振动图象的横坐标表示的是时间t ,因此,它不是质点运动的轨迹,质点只是在平衡位置的两侧来回做直线运动。
《简谐运动》教学设计【教材分析】本节是人教版选修3-4第十一章《机械振动》第一节《简谐运动》。
机械振动是较复杂的机械运动,振动的知识在实际生活中有很多应用(如心电图、核磁共振仪、地震仪、钟摆等),可以使学生联系实际,扩大知识面;同时,也是以后学习波动知识的基础。
因此,学好此章内容,具有承上启下的作用。
《简谐运动》是《机械振动》这一章中最基本而又最重要的一节,是全章的基础。
本节课首先通过学生身边和生活中实际的例子引出振动的概念;而后从简单到复杂、从特殊到一般的思路,从运动学的角度认识弹簧振子,通过手机拍摄频闪照片的方法得出弹簧振子的图象;再通过分析揭示出弹簧振子的位移-时间图象是正弦式曲线,然后从其运动学特征给出了简谐运动的定义,并进一步引导学生认识简谐运动是一种较前面所学的直线运动、曲线运动更复杂的机械运动;最后回归生活和应用举例,使学生知道机械振动是一种普遍的运动形式。
【学情分析】现阶段高二的学生已具有运动学和动力学的基本知识,对高中物理的学习要求和方法已具有一定的认识,但在大小和方向都做周期性变化的力的作用下的物体运动还是第一次遇到,对这种运动模式的运动形式没有抽象认识;很难对较为复杂的运动有清晰的认识。
为此,如何帮助他们建立合理的简谐运动情景是教学的关键。
心理学研究表明,在学生的学习中调动眼、耳、口等各种感觉器官共同参与学习过程,则学习效率将得到极大的提高;而建构主义学习理论所要求的学习环境必须具备的基本要素是“情景创设”、“协商会话”和“信息资源提供”。
为此在课堂教学上首先通过实验演示给学生以直观的感受,创设学习的良好情景;再引导学生观察、思考、讨论得出初步的简谐运动规律,然后再次通过观察、思考、讨论得出正确而科学的结论。
由此培养学生的观察能力、空间想象能力、协同学习的能力和科学的思维能力,使学生的学习过程变得轻松而高效,并且同步培养学生自主学习的能力,为学生的可持续发展提供必要的训练。
课时12.6惠更斯原理1.知道什么是波面和波线,了解惠更斯原理。
2.认识波的反射现象,并能用惠更斯原理进行解释。
3.认识波的折射现象,并能用惠更斯原理进行解释。
重点难点:波面、波线的概念和惠更斯原理。
以及用惠更斯原理对波的反射规律和折射规律进行解释。
教学建议:本节在已学过的光的反射、折射及回声等知识的基础上,进一步加深对波的特性的理解。
要理解波面、波线等概念及惠更斯原理,并能用惠更斯原理对波的反射规律和折射规律进行解释。
由于这些概念比较抽象,应通过实验演示和日常生活经验来辅助教学。
波的反射和折射是常见的现象,从对现象的研究中概括出规律,再用来解释现象和指导实践,使学生提高学习的兴趣,感受知识的力量。
导入新课:北京天坛的回音壁为圆形,直径为61.5米,周长为193.2米,是用磨砖对缝砌成的,墙面极其光滑整齐。
两个人分东、西方向贴墙而立,一个人靠墙向北说话,无论说话声音多小,也可以使另一人听得清清楚楚,而且声音悠长,堪称奇趣,给人造成一种“天人感应”的神秘气氛。
为什么声音能够传播这么远呢?1.波面和波线任何振动状态①相同的点都组成一个个圆,这些圆叫作②波面,与波面垂直的线代表了波的③传播方向,叫作④波线。
2.惠更斯原理(1)内容:介质中任一波面上的各点,都可以看作可以发射⑤子波的波源,其后任意时刻,这些⑥子波在波前进方向的⑦包络面就是新的波面。
这就是惠更斯原理。
(2)应用:如果知道某时刻一列波的某个⑧波面的位置,还知道⑨波速,利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个⑩波面的位置,从而确定波的传播方向。
还可以利用惠更斯原理说明平面波的传播,解释波的衍射。
(3)局限性:惠更斯原理只能解释波的传播方向,不能解释波的强度,所以无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小的关系。
3.波的反射和折射(1)回声是声波的反射,利用惠更斯原理可以确定反射波的传播方向。
(2)波从一种介质进入另一种介质后传播方向发生偏折的现象叫作波的折射。
高中物理选修3-4全套精品教案11.1简谐运动教学目的(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。
2.能力培养通过观察演示实验,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课型:启发式的讲授课教具:钢板尺、铁架台、单摆、竖直弹簧振子、皮筋球、气垫弹簧振子、微型气源教学过程(教学方法)教学内容[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?[讲授]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,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。
第十二章机械波12.4波的衍射和干涉(一)【学习目标】1.知道什么是波的衍射。
2.知道波发生明显衍射的条件。
3.知道衍射是波所特有的现象。
重点: 1.波的衍射现象。
2.波能够产生明显衍射的条件。
难点:产生明显衍射现象的条件的理解【自主预习】1.波可以绕过障碍物继续传播,这种现象叫做波的________。
2.实验表明:只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长________,或者比波长________时,才能观察到明显的衍射现象。
3.一切波________发生衍射。
衍射是波________的现象。
4.衍射现象的理解①衍射是波特有的现象,一切波都可以发生衍射。
②凡能发生衍射现象的就是波。
③波的衍射总是存在的,只有“明显”与“不明显”的差异。
④波长较长的波容易产生明显的衍射现象。
⑤波传到孔或障碍物时,孔或障碍物仿佛一个新波源,由它发出与原来同频率的渡在孔或障碍物后传播,就偏离了直线方向。
因此,波的直线传播只是在衍射不明显时的近似。
【典型例题】【例1】下列关于波的衍射的说法正确的是 ( )A.衍射是一切波特有的现象B,对同一列波,缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长小时,衍射现象明显 C.只有横波才能发生衍射现象,纵波不能发生衍射现象D.声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大【例2】关于波的衍射.下列说法正确的是 ( )A.衍射是一切波的特性B.波长跟孔的宽度差不多时,能发生明显的衍射现象C.波长比孔的宽度小得越多,衍射现象越不明显D波长比孔的宽度大得越多,衍射现象越不明显【例3】甲、乙两人分乘两只船在湖中钓鱼,两船相距24 m,有一列水波在湖面上传播,使每只船每分钟上下浮动 10次。
当甲船位于波峰时,乙船位于波谷,这时两船之间还有一个波峰,则此水波的波长为多少?波速为多少?若此波在传播过程中遇到一根竖立的电线杆,是否会发生明显的衍射现象?【例4】如图12-4-2所示是观察水面波衍射现象的实验装置,AC和BD是两块挡板,AB是一个孔,O是波源,图中已画出波源所在区域波的传播情况,每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长,则波经过孔之后的传播情况,下列描述中正确的是( )A.此时能明显观察到波的衍射现象B.挡板前后波纹间距离相等C.如果孔AB扩大,有可能观察不到明显的衍射现象D.如果孔的大小不变,使波源频率增大,能更明显的观察到衍射现象【例5】.把M、N两块挡板中的空隙当做一个“小孔”做水波的衍射实验,出现了如图12-4-3所示的图样,位置P处的水没有振动起来,现要使挡板左边的振动传到P处,在不改变挡板M 的左右位置和P点位置的情况下,可以采用哪些办法?【课堂反馈】1.以下关于波的衍射的说法中正确的是()A.波遇到障碍物时,一定会发生明显的衍射现象B.当障碍物的尺寸比波长大得多时,衍射现象很明显C.当孔的大小比波长小时,衍射现象很明显D.只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时,才会发生明显的衍射现象2.如图10.4-4所示,S是振源,MN是带孔的挡板,其中M固定,N可以上下移动,为了使原来不振动的A点振动起来,可采用的办法是()A.增大S的振动频率B.减小S的振动频率C.N上移D.N下移【课后练习】1.以下关于波的衍射说法正确的是( )A.波遇到障碍物时,一定会发生明显的衍射现象B.当障碍物的尺寸比波长大得多时,衍射现象很明显C.当孔的大小比波长小时,衍射现象很明显D.只有当障碍物的尺寸与波长差不多时,才会发生明显的衍射现象2.关于波的衍射现象,下列说法正确的是( )A.某些波在一定条件下才有衍射现象B.某些波在任何情况下都有衍射现象C.一切波在一定条件下都有衍射现象D.一切波在任何情况下都有衍射现象3.对于波长为100m的声波,下列说法正确的是( )A.在同一均匀介质中,此波比波长为20的声波传播得更快B.不能被听见C.当孔的大小比波长小时,衍射现象很明显D.只有当障碍物的尺寸与波长差不多时,才会发生明显的衍射现象4.在水波槽的衍射实验中,若打击水面的振子振动的频率为5Hz,水波在水波槽中的传播速度为0.05m/s,为观察到显著的衍射现象,小孔直径应为( ) A.10cm B.5mC.大于1cm D.小于1cm5.“闻其声而不见其人”是因为一般障碍物的尺寸()A.可以跟声波波长相比较,使声波发生明显衍射B.比声波波长大得多,声波不能发生衍射C.可以跟光波波长相比较,使光波也发生衍射D.比光波波长大得多,光波不能发生明显衍射6.关于波的衍射现象,下列说法中正确的是()A.水波绕过障碍物而继续传播的现象,即为波的衍射现象B.衍射现象是波特有的现象C.一切波都能发生衍射,只不过明显与否而已D.要发生明显的衍射,必须满足一定的条件7.在下列四种情况中,能够使声波发生明显衍射的情况是()A.声源频率为330 Hz,声速为340 m/s,障碍物尺寸为60 m×60 mB.声源频率为330 Hz,声速为1 500 m/s,障碍物尺寸为60 m×60 mC.声源频率为300 Hz,在空气中传播,障碍物尺寸为1 m×1 mD.声源频率为300 Hz,声速为1 500 m/s,障碍物尺寸为1 dm×1 dm8.关于波的衍射现象,下列说法正确的是( )A.当孔的尺寸比波长大时,一定不会发生衍射现象B.只有孔的尺寸与波长相差不多,或者比波长还小时才会观察到明显的衍射现象C.只有波才有衍射现象D.以上说法均不正确9.下列属于明显衍射现象的是( )A.隔墙有耳B.池中假山前有水波,假山后无水波C.河中芦苇后面没有留下无波的区域D.在大山前喊话,多次听到自己的声音10.关于衍射,下列说法正确的是( )A.发生衍射就是波传到障碍物或孔的后面B.发生衍射的同时把波源的能量传播到“衍射”区域C.衍射只有波才能发生D.只有孔才能发生衍射,一块挡板不可能发生波的衍射11.水波通过小孔,发生了一定程度的衍射,为使衍射现象更明显,下列做法可取的是( ) A.增大小孔尺寸B. 减小小孔尺寸C.增大水波频率D.减小水波频率12.在水波槽的衍射实验中,若打击水面的振子振动的频率是5 Hz,水波在水波槽中的传播速度是0.05 m/s,为观察到显著的衍射现象,小孔直径d应为( )A.10 cm B.5 mC.d>1 cm D.d<1 cm13.波长为60 m和17 m的两列声波在空气中传播时,下列叙述中正确的是( )A.波长60 m的声波比波长17 m的声波传播速度慢B.波长60 m的声波比波长17 m的声波频率小C.波长60 m的声波比波长17 m的声波易发生衍射D.波长60 m的声波不能被反射14.如下图所示是水波遇到小孔或障碍物后的图象,图中每两条实线间的距离约为一个波长,则其中可能出现的图象是( )15.如图10.4-5所示是不同频率的水波通过相同的小孔所能到达区域的示意图,情况中水波的频率最大;情况中水波的频率最小.例题答案:1. 答案 :A 、B 、D解析: 衍射是一切波特有的现象,所以选项A 对c 错;发生明显的衍射现象是有务件的,只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象,所以选项B 是正确的;声波的波长在1.7 cm 到17 m 之问,一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比,正是由于声波波长较大,声波容易发生衍射现象,所以选项D 也是正确的。
高中物理选修3-4全册精品教案目录第十一章机械振动与机械波 (1)第一节简谐运动 (2)第二节简谐运动的描述 (4)第三节简谐运动的回复力和能量 (6)第四节单摆 (7)第五阶外力作用下的振动 (8)第十二章机械波 (12)第一节波的形成和传播 (12)第二节波的图象 (14)第三节波长、频率和波速 (16)第四节波的反射和折射、波的衍射 (18)第五节波的干涉 (19)第六节多普勒效应 (21)第十三章光学 (23)第一节光的折射 (23)第二节光的干涉 (25)第三节光的色散 (27)第四节光的衍射现象 (30)第五节光的偏振、全反射、激光 (31)第十四章电磁波 (34)第一节电磁波的发现、电磁振荡 (34)第二节电磁波的发射和接收 (35)第三节课题研究:电磁波与信息化社会,电磁波谱 (36)第十五章联系电话(0592)5166869 双十正门前水晶森林84高中物理选修3-4全册精品教案目录第十—章机械振动与机械波第—节简谐运动【教学目的】(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。
【能力培养】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【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【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课型:启发式的讲授课教具: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【教学过程】(教学方法)教学内容[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?[讲授]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,振动是机械振动的简称。
光的衍射教学目的:1、通过对肥皂液薄膜干涉的分析和实验使学生理解薄膜干涉的原理。
并对光的干涉现象加深认识。
2、通过举例使学生了解薄膜干涉在科学技术中的一些应用3、从光的衍射实验中使学生对光的波动性有进一步的认识和理解。
重点内容:1、薄膜干涉的原理及实验2、光的衍射条件3、光的衍射图样教学过程:一、复习用某种单色光做双缝干涉实验,若两狭缝间相距0.1毫米,缝与光屏的距离是2米,已知屏上相邻两条暗纹之间的距离是1.3厘米,求这种色光的频率?(4.62×1014赫兹)二、讲授新课引言:前节我们学习了光的干涉现象,在实验中由双缝发出的光波是同一光源产生的,因此它们是相干光波,从而得到了干涉现象。
本节我们还要介绍薄膜产生相干光波而发生干涉的情况-----薄膜干涉。
1、薄膜干涉(1)肥皂液薄膜干涉实验①介绍实验做法。
强调肥皂薄膜必须竖直立放,并把液膜当成镜面从前面看火焰的反射后的虚像。
②由学生两人一组做实验,注意观察火焰反射虚像中近似水平的明暗相间的条纹。
(2)分析明暗相间条纹的来源。
……虚线代表前表面反射——实线代表后表面反射介绍竖直放置的肥皂液薄膜由于重力作用而形成楔形薄膜。
强调指出图中所画的波都是反射波,是从楔形薄膜前表面和后表面分别反射的两列波叠加,这两列波是同一光源发出的,所以是相干波,由于同一水平线上的薄膜厚度近似相同,所以干涉后能产生水平的明暗条纹。
(3)若用白光照射,则在薄膜某一厚度的地方某一波长的光反射后增强,而另一些波长的光反射后弱,这样薄膜的像上就出现彩色条纹。
在水面的油膜上常常看到彩色花纹就是由于油膜的各部分的厚度不均匀,从油膜的上表面和下表面分别反射的光发生干涉而形成的。
2、光的干涉在技术上的应用。
(1)介绍干涉法检查镜面(2)介绍牛顿环构造(3)讲解镜片增透膜。
3、光的衍射。
引言:光的干涉现象证明了光具有波动性,为了进一步了解光的波动特性,我们下面将介绍光的衍射现象。
(1)、提问:什么是波的衍射?产生明显的波的衍射要具备什么样的条件?(障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多)怎样才能观察光的衍射现象?(必须使点光源(或线光源)发出的光通过非常小的孔(或是非常窄的狭缝))(2)、光的衍射实验------单缝衍射。
高二物理选修3-4第十一章机械振动全教案11.1简谐运动教学目的(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。
2.能力培养通过观察演示实验,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课型:启发式的讲授课教具:钢板尺、铁架台、单摆、竖直弹簧振子、皮筋球、气垫弹簧振子、微型气源教学过程(教学方法)教学内容[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?[讲授]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,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。
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11.1简谐运动 教学目的 (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。 2.能力培养 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 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 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 课型:启发式的讲授课 教具: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 教学过程(教学方法) 教学内容 [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? [讲授]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,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。 2 / 38
(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?(由开始计时的位置决定) 小结: 作业: 1、必作部分2.完成第195页第(3)题
2、简谐运动的描述 教学目标: 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。 重点难点:振幅、周期和频率的物理意义;理解振动物体的固有周期和固有频率与振幅无关。 教学方法:实验观察、讲授、讨论,计算机辅助教学。 教 具:弹簧振子,音叉, 教学过程 1.新课引入 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。 3 / 38
2.新课讲授 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。 【板书】2、振动的周期和频率 (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。 【板书】(3)、周期和频率都是表示振动快慢的物理量。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. 【板书】3、简谐运动的周期或频率与振幅无关 实验演示(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. 【板书】 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: 1.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. A、B运动的方向总是相同的. B. A、B运动的方向总是相反的. C. A、B运动的方向有时相同、有时相反. D. 无法判断A、B运动的方向的关系. 作业 1.动手作业:同学们自己制作一个弹簧振子,观察其运动.分别改变振子振动的振幅、弹簧的劲度和振子的质量,其周期和频率是否变化? 2.书面作业:把课本162页练习二(1)、(2)题做在练习本上.
3、简谐运动的回复力和能量 一、教学目的 1.掌握简谐运动的定义;了解简谐运动的运动特征;掌握简谐运动的动力学公式;了解简谐运动的能量变化规律。 2.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。 3.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、教学难点 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。 4 / 38
三、教具:弹簧振子,挂图。 四、主要教学过程 (一)引入新课 提问1:什么是机械振动? 答:物体在平衡位置附近做往复运动叫机械振动。 提问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,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。刚才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?(物体) 提问5:上述四个物理量中,哪个比较容易观察? 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? 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? 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?让我们再来观察。 提问9:振动前为什么必须将振子先拉离平衡位置?(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。 (三)总结: (四)布置作业:
4、单摆 一、教学目标 1.知识目标: (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。 2.能力目标: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。 二、教学重点、难点分析 1.本课重点在于掌握好单摆的周期公式及其成立条件。 2.本课难点在于单摆回复力的分析。 三、教具:两个单摆(摆长相同,质量不同) 四、教学过程 (-)引入新课