2019-2020年高二物理 （人教大纲版）第二册 第九章 机械振动 六、简谐运动的能量、阻尼振动(第一课时)从容说课本节内容讲述简谐运动的能量以及阻尼振动．前边我们重点从运动学的角度对简谐运动做了研究，而本节则从能量的角度对简谐运动进行研究．对于水平弹簧振子，振幅越大，弹簧的形变量越大，弹性势能就越大．振动的能量也就越大；对于单摆，在位移最大时，其对应的动能为零，重力势能最大，故振幅越大单摆的能量就越大．而实际生活中的振动不同于理想状态下的单摆和弹簧振子，它在实际运动过程中的阻力是客观存在的．我们把这种有阻力存在的实际振动叫阻尼振动．当然，如果阻尼很小时常常可以忽略不计，此时的实际振动如果满足所受的回复力大小与位移成正比、方向相反这一条件，我们就可以把它作为简谐运动来处理．综上所述．学好这一节对于我们全面理解简谐运动有益而无害．综合本节内容的特点对本节的教学目标定位如下： 1.知道振动系统能量与振幅的关系． 2.对于弹簧振子(水平)和单摆运动过程中的能量转换能作出合理分析． 3.会利用能量守恒的理论计算单摆的能量． 4.知道什么是阻尼振动． 5.知道阻尼振动中的能量转换关系． 6.知道阻尼振动与简谐运动之间的关系． 为了能更好地完成上述教学目标，对本节的教学重点定位于： 1.具体分析弹簧振子、单摆中的能量转换关系． 2.应用机械能守恒的理论．对单摆的能量进行定量计算． 本节课的教学难点定位于： 1.对能量转换关系的理解． 2.对单摆能量的计算． 为了在教学中突出重点、突破难点，对本节课教学采用以下教学方法． 1.复习与强化训练相结合． 2.自学与指导相结合． 3.实验演示与多媒体辅助相结合． 本节课的教学程序设计如下： 复习提问→新课导人→实验演示→分析、总结→强化训练→小结．教学目标 一、知识目标 1.知道简谐运动中能量与振幅的关系． 2.能对水平弹簧振子与单摆运动过程中的能量转换作出正确分析． 3.会利用能量守恒定律计算单摆的能量． 4.知道什么是阻尼振动． 5.知道阻尼振动中的能量转换关系． 6.知道阻尼振动与简谐运动的关系． 二、能力目标 1.通过对能量转换的分析，培养学生分析问题的能力． 2.通过对阻尼振动的学习，培养学生构建理想化模型的能力． 三、德育目标 1.培养学生树立“对立统一”的哲学观． 2.通过阻尼振动的教学。
培养学生养成节约能源的习惯．教学重点 1.水平弹簧振子和单摆运动中的能量转换关系． 2.用机械能守恒定律分析、解决单摆运动中的能量问题． 教学难点 1.对简谐运动能量转换的理解． 2.对单摆运动中能量的计算．教学方法 1.复习与训练相结合. 2.自学与指导相结合.3.实验演示与多媒体辅助相结合.教学用具投影片、弹簧振子、单摆、CAI课件．课时安排l课时教学过程一、新课导入 1.复习提问 ①什么是相位? ②什么是相位差? 学生回答后，教师进行激励评价, 作出总结： ①描述简谐运动在一个全振动中所处阶段的物理量叫相位． ②两个简谐运动相位的差值叫相位差． 2.导人新课 通过前面几节课的学习我们从运动学的角度对简谐运动作了研究．那么，简谐运动在动过程中的能量情况又如何呢?本节课我们就来探讨简谐运动的能量． 二、新课教学 (一)简谐运动的能量 基础知识 1.什么是机械能? 2.常见的机械能有哪些? 3.机械能守恒的条件是什么? 4.弹簧振子和单摆在做简谐运动时具有哪些机械能? 5.弹簧振子和单摆做简谐运动时的能量是否守恒? 6.弹簧振子在运动中其能量如何转换? 7.单摆在摆动中其能量如何转换? 实验演示弹簧振子和单摆的运动，学生观察分析后得出结论： l.物体由于机械运动而具有的能叫机械能． 2.常见的机械能有：动能、重力势能、弹性势能。
3.在只有重力(或弹力)做功时系统的机械能不变． 4.弹簧振子具有动能，弹性势能； 单摆具有动能,重力势能． 5.弹簧振子在做简谐运动时其机械能守恒．因为振子在水平方向运动时，只有弹簧的弹力在做功． 单摆在做简谐运动时其机械能也守恒，因为单摆在摆动时，只有重力做功 6. 弹簧振子在做简谐运动时,其能量转换关系为：在A点：振子的速度为零,系统无动能,能量为弹簧的弹性势能.从A→O：速度逐渐增大,动能逐渐增大;弹簧形变量逐渐变小,弹性势能逐渐变小.弹性势能转化为振子的动能．在O点：振子速度最大、动能最大；弹簧无形变，弹性势能为零.弹性势能全部转化为动能．从0→A′：振子速度变小，动能变小；弹簧形变量增大，弹性势能增大．动能转化为弹性势能．在A′点：振子速度为零，动能为零；弹簧形变量达到最大，弹性势能最大．动能全部转化为弹性势能．从A′→O：速度反向增大，动能增大；弹簧形变量变小，弹性势能变小．弹性势能转化为动能．在O点：速度反向达到最大，动能最大；弹簧无形变，弹性势能为零.动能全部转变为动能．从O→A′：速度反向减小，动能变小；弹簧形变量增大，弹性势能增大．动能转化为弹性势能7.单摆做简谐运动时其能量转换关系为：在A点：相对于平衡位置的高度差(以后简称高度差)最大．重力势能最大；速度为零.动能为零．系统能量为重力势能． 从A→O；高度差变小，重力势能变小；速度增大，动能增大．重力势能转化为动能． 在O点：高度差为零，重力势能为零；速度最大，动能最大．重力势能全部转化为动能． 从O→A′：高度差不断增大。
重力势能逐渐增大；速度不断变小动能不断变小．动能转化为重力势能．在A′点：高度差达到最大，重力势能最大；速度减小为零，动能为零.动能全部转化为重力势能．从A′→O：高度差变小,重力势能变小；速度增大，动能增大．重力势能转化为动能．在A′点：高度差为零,重力势能为零；速度反向最大，动能最大．重力势能全部转化为动能．从O→A：高度差变大，重力势能变大；速度变小,动能变小．动能转化为弹性势能．深入探究请同学们根据上述分析，回答下列问题：1.在弹簧振子的简谐运动中．如何计算弹簧在最大位移处的弹性势能?2.在单摆的简谐运动中，如何计算系统的总能量?3.简谐运动物体的能量与振幅有何关系? 学生思考后得出结论： 1.弹簧在最大位移处的弹性势能就是系统的总能量,而平衡位置处振子的动能也是系统的总能量即弹性势能等于动能． 2.单摆的系统能量包括重力势能和动能两部分,故其总能量： a.等于在最大位移处的重力势能． b.等于在平衡位置处的动能． c.等于任一位置的动能和重力势能之和． 3.简谐运动的系统能量大小与振幅的关系为： a.振幅越大，能量越大． b.振幅越小能量越小．c.教师总结通过上面的学习我们知道了弹簧振子与单摆在运动过程中的能量转换关系，以及对能量的计算方法．下面我们简单练习一下． 基础知识应用如图所示,轻弹簧一端固定在墙上,一质量m=1 kg的滑块，以v=6 m／s的速度沿光滑水平面向左运动与弹簧相碰,弹簧被压缩．则此振动系统的最大弹性势能为 J.当滑块压缩弹簧速度减为2 m／s时,此系统的弹性势能为 J．[参考答案]解析：滑块压缩弹簧的过程机械能守恒,可视为弹簧振子振动过程中的周期．由 (二)阻尼振动 基础知识 请学生阅读课文第二部分，思考下列问题： [投影出示] 1.什么叫阻尼振动? 2.阻尼振动的能量如何变化? 3.阻尼振动与简谐运动有何关系? 学生阅读、思考后得出结论： 1.振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动． 2.振幅变小时，能量要变小，故阻尼振动的能量在不断减小． 3.简谐运动是理想化的运动，即运动过程中不存在阻尼．而实际振动一般都是阻尼振动．当阻尼比较小时，可以当作简谐运动来处理． 深入探究 学生分组讨论下列问题： 1.阻尼振动的振幅为什么会越来越小? 2.振幅减小的快慢与阻尼的大小有何关系? 3.做阻尼振动时，振动的频率是否变化? 学生讨论后得出结论： 1.实际的振动系统不可避免地要受到摩擦和其他阻力,即受到阻尼的作用.系统克服阻尼的作用做功.系统的机械能就要损耗,系统的机械能随着时间逐渐减少，振动的振幅也逐渐减小.待到机械能耗尽之时,振动就停下来了． CAI课件出示阻尼振动的位移一时间图象． 2.振动系统所受到的阻尼越大,振幅减小得越快，振动停下来也越快.阻尼过大时，系统将不能发生振动,阻尼越小,振幅减小得越慢． 3.物体做阻尼振动时,振幅虽不断减小但振动的频率仍由自身结构特点决定.并不会随振幅的减小而变化． 教师总结 通过上面的学习，我们对阻尼振动有了简单的了解，下面我们简单练习一下． 基础知识应用 1.单摆在空气中做阻尼振动，下列说法中正确的是 ( ) A.振动的能量逐渐转化为其他形式的能量 B.后一时刻摆球的动能一定比前一时刻小 C.后一时刻摆球的势能一定比前一时刻小 D.后一时刻摆球的机械能一定比前一时刻小 2.一个单摆的摆球偏离最大位置时，正好遇到空中竖直下落的雨滴，雨滴均匀附着在摆球的表面.下列说法正确的是 ( ) A.摆球经过平衡位置时速度要增大,周期也增大,振幅也增大 B.摆球经过平衡位置时速度没有变化,周期减小,振幅也减小 C.摆球经过平衡位置时速度没有变化，周期也不变，振幅要增大 D.摆球经过平衡位置时速度要增大，周期不变，振幅要增大 [参考答案]1.AD 2.D 三、小结 1.振动物体都具有能量，能量的大小与振幅有关．振幅越大，振动的能量也越大． 2.对简谐运动而言，振动系统一旦获得一定的机械能振动起来，这一个能量就始终保持不变,只发生动能与势能的相互转化． 3.振动系统由于受到外界阻尼作用,振动系统的能量逐渐减小,振幅逐渐减小,这种振动叫阻尼振动.实际的振动系统都是阻尼振动，简谐运动只是一种理想化的振动． 四、作业 1.完成课后作业． 2.复习本节内容． 3.预习下节内容． 五、板书设计 六、本节优化训练设计 l、如图．将相同的单摆拉到不同的位置A、B使其同时振动起来，摆角均小于lO，且hA
已知xA>xB． [参考答案]1.BD 2.A 3． 。