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  • 关于简谐运动的能量、阻尼振动教学设计方案物理教案

    教案作者:佚名   教案来源:不详   教案栏目:物理教案    收藏本页
    关于简谐运动的能量、阻尼振动教学设计方案

    一、教学目标概览

      1.知道振幅越大,振动的能量(总机械能)越大.

      2.对单摆,应能根据机械能守恒定律进行定量计算.

      3.对水平的弹簧振子,应能半定量地说明弹性势能与动能的转化.

      4.知道什么是阻尼振动和阻尼振动中能量转化的情况.

      5.知道什么情况下可以把实际发生的振动看做简谐运动.

    二、聚焦重点难点

      重点:简谐运动中机械能的转化和守恒.

      难点:阻尼振动中的能量转化.

    三、教与学师生互动

      教学过程:

      做简谐运动的物体,当它远离平衡位置时动能减小,势能增加;返回平衡位置时,动能增加,势能减小.这表明简谐运动的过程是一个能量转化的过程,我们将从做功与能量变化的关系来寻找振动过程中能量转化所遵循的规律.

      (一)简谐运动的能量

      1.实例分析(不计空气阻力和摩擦力)

      (l)沿水平方向振动的弹簧振子:如图所示,设振子以O 平衡位置在 间振动. ,回复力(弹力)做正功,动能增加,弹簧的弹性势能减少,经O时,动能最大,势能为零. ,回复力做负功,动能减小,势能增加,到达 时,势能最大,动能为零,同理可分析 过程中能量的转化情况.

      在此过程中,因为只有弹簧弹力做功,所以总机械能不变.

      (2)单摆:如图所示, ,回复力做正功(重力做正功) ,重力势能减少,动能增加,到O时,动能最大,势能最小; ,回复力做负功,动能减小,势能增加,到达B时,动能为零,势能最大,同理可分析 过程中能量的转化情况.

      在此过程中,因为只有重力做功,所以总机械能不变.

      (3)沿竖直方向振动的弹簧振子:通过回复力(重力和弹簧弹力的合力)做功,动能和势能(包括重力势能、弹性势能)间相互转化.

      在此过程中,因为只有重力和弹簧弹力做功,所以总机械能不变.

      2.简谐运动中,通过回复力做功,动能和势能间相互转化,总机械能保持不变.

      (l)在振动的一个周期内,动能和势能间完成两次周期性的转化.

      (2)振动势能可以为重力势能(例如单摆),可以是弹性势能(例如水平方向振动的弹簧振子),也可以是重力势能和弹性势能之和(例如沿竖直方向振动的弹簧振子),我们约定振动势能是以平衡位置为零势能位置.

      (3)振动能量是振动的动能和振动势能的总和,对简谐运动在振动过程中保持不变.

      3.简谐运动中的能量跟振幅有关,振幅越大,振动的能量越大.

      在简谐运动中,振动能量保持不变,所以振幅保持不变,它将永不停息地振动下去,可见简谐运动是一种理想化的振动,简谐运动是等幅振动.

      (二)阻尼振动

      1.实际的振动与理想化的振动不同,由于振动过程中要克服阻力做功,将一部分机械能转化为其他形式的能量,导致振动的总能量不断减小,即振幅不断减小.

      2.阻尼振动:振幅逐渐减小的振动叫做阻尼振动,也叫减幅振动.(相应地,等幅振动也叫无阻尼振动)

      3.振幅减小的快慢跟所受的阻尼有关,阻尼越大,振幅减小得越快.

      4.阻尼振动若在一段不太长的时间内振幅没有明显的减小,可认为是等幅振动.

      【例题讲解】 教师可依据学生情况自选例题

      【小结】在简谐运动中,通过回复力做功,振动的动能和势能间相互转化,总机械能不变,阻尼振动是振幅逐渐减小的振动.

      【作业】课本P175练习六l~3

      四、课堂反跟踪反馈

      【练习】

      1.弹簧振子在完成一次全振动的过程中势能转化为动能的周期性变化次数是(  )

      A.1次  B.2次  C.3次  D.4次

      2.弹簧振子在振动过程中振幅逐渐减小,这是由于(  )

      A.振子开始振动时的振幅大小

      B.在振动过程中要不断克服阻尼的作用做功,消耗了系统的机械能

      C.动能总是不断地减小

      D.势能总是不断地减小

      3.把一个小球套在光滑细杆上,球与轻弹簧相连组成弹簧振子,小球沿杆在水平方向做简谐运动,它围绕平衡位置OA、B间振动,如图所示,下列结论正确的是(  )

     

      A.小球在O位置时,动能最大,加速度最小

      B.小球在A、B位置时,动能最大,加速度最大

      C.小球从AOB的过程中,回复力一直做正功

      D.小球从B到O的过程中,振动的能量不断增加

      4.以频率f做简谐运动的单摆,其势能随时间变化的频率为(  )

      A.f  B.0.5f  C.2f  D.4f

      5.如果没有摩擦力和空气阻力,弹簧振子和单摆做简谐运动时,振动的总机械能           ,振动系统的总机械能大小对给定的系统来说只与振动的          有关.

    【练习参考答案】

      1.B  2.B  3.A  4.C5.守恒;振幅


     
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