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1、福建省名师网上授课(教研)活动,主办:福建教育学院,鲁科版选修3-4 第1章 机械振动 教 学 建 议 莆田一中 何兆健,概述 本章主要讲述机械振动中运动规律最简单、最基本的一种周期性运动简谐运动。振动的知识有很多实际应用,也是后面学习波动的基础,所以在教学中应引起重视。 教材从开始讲述简谐运动的基本特点,然后通过图象介绍简谐运动的运动规律和特点,接下来介绍简谐运动的实例单摆,最后介绍受迫振动的知识。正确理解简谐运动中各物理量(如位移、振幅、周期、频率等)的确切含义是非常重要的。,用图像来描述物体的振动情况是非常重要的手段之一。教材在图像的讲授上较以前有所加强,希望学生能通过图象的学习,较好地
2、理解简谐运动中各物理量的确切含义及其相互间的关系。 本章知识是运动学、动力学、能的转化和守恒等知识的综合运用,也是今后学习机械波、电磁振荡、电磁波等知识的基础。 简谐运动比前面学过的各种运动复杂,定量研究需要较多的数学知识,因而中学阶段不宜作更多的定量计算,希望教学中掌握好要求。,课时安排建议:,导入及 第1节 简谐运动 1课时 第2节 振动的描述 2课时 第3节 单摆 2课时 第4节 生活中的振动 1课时 实验:利用单摆测定重力加速度 1课时 本章复习与考试讲评2课时 总共安排9课时,1内容标准 (1)通过观察和分析,理解简谐运动的特征,能用公式和图像描述简谐运动的特征。 例1:比较做简谐运
3、动的物体在不同位置所受的力及速度、加速度、动能和势能。 例2:用两个摆长相同的单摆演示简谐运动的相位差。 (2)通过实验,探究单摆的周期与摆长的关系。 (3)知道单摆的周期与摆长、重力加速度的关系。会用单摆测定重力加速度。 (4)通过实验,认识受迫振动的特点。了解产生共振的条件及其在技术上的意义。 例3:调查生活和生产中受迫振动的应用实例及利用和防止共振的实例。,2. 学习要求:,第1节 简谐运动 第2节 振动的描述 1理解简谐运动的定义、条件。 2理解回复力的概念和简谐运动回复力的特点。 3认识描述简谐运动的物理量及其意义。了解简谐运动中能量的转化。 4理解描述简谐运动的物理量及其特点。 5
4、. 理解简谐运动图像的物理意义。能运用图像、公式描述简谐运动。 6初步了解初相和相位差概念。,第3节 单摆 1掌握单摆及单摆做简谐运动的条件与特征。 2会通过实验探究单摆的振动周期与摆长的关系。 3知道单摆的周期公式。 4会用单摆测定重力加速度。 第4节 生活中的振动 1通过实验,了解受迫振动的特点。 2了解共振特点及其在生产和生活实际中常见的应用。,2. 学习要求:,一、相关物理概念教学的建议,物理概念是整个物理学知识体系的基础,如果把物理这门学科比作高楼大厦,那么物理概念就是构成这座大厦的基石,因此物理概念教学成为物理教学的核心。李政道在回答怎样才能学好物理这一问题时就曾强调:学习物理的首
5、要问题是要弄清物理学中的基本概念。物理概念教学的效果如何,直接关系到学生对于物理知识的认知程度,进而影响到学生整体知识网络的构建与拓展,可以说学好物理概念是学好物理的关键。,1.机械振动:物体在平衡位置附近所做的往复运动,必要条件:物体受到回复力的作用. 特征:(1)有一个“中心位置”(平衡位置). (2)运动具有往复性.,2.回复力: 使振动物体返回平衡位置的力叫做回复力。 回复力时刻指向平衡位置 回复力是以效果命名的力,它是振动物体在振动方向上的合外力,可能是几个力的合力,也可能是某一个力,还可能是某一个力的分力。注意回复力不一定等于合外力,3.简谐运动: 物体在跟偏离平衡位置的位移大小成
6、正比,并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动 受力特征:F=-kx 注意负号的意义 动力学特征: a=-kx/m 简谐运动过程中机械能守恒简谐运动是变加速运动,4描述简谐运动的物理量,(1)位移x:研究机械振动时,振动的位移总是指偏离平衡位置的位移,也就是振动的位移总是相对平衡位置而言,即位移的初位置是平衡位置,末位置是物体所在位置,方向总是背离平衡位置.其最大值等于振幅 (2)振幅A:振动物体离开平衡位置的最大距离标量它反映振动的强弱和振动的空间范围反映振动能量的大小。简谐运动的振幅不变。振幅的大小不影响振动的快慢,但影响振子运动到平衡位置的速度。,(3)周期T和频率f:描述振动快慢的物理
7、量 周期T:振动物体完成一次全振动所需的时间。 全振动:指振动物体相邻两次运动状态(位移和速度)完全相同所经历的过程. 一个全振动过程通过的路程为4倍的振幅。 频率f:振动物体在单位时间内完成全振动的次数T=1/f 简谐运动的周期和频率是由振动系统决定,因此又称为振动系统的固有周期和频率,5、简谐运动的能量 阻尼振动 受迫振动 共振,(1)简谐运动的能量 如果没有摩擦阻力和空气阻力,物体在振动过程中动能和势能相互转化,机械能守恒。对于给定的振动系统,其做简谐运动的能量由振幅决定。振动的动能由振动速度决定,振动的势能由振动位移决定。,(2)自由振动 是外界对系统一次提供一定能量之后任其振动的过程
8、. 自由振动分为阻尼振动(实际的)和无阻尼振动(理想的)。 (3)阻尼振动与无阻尼振动 由于外界的摩擦和阻力总是存在,不论是弹簧振子还是单摆,在振动过程中都要不断克服阻力而消耗能量,振幅就会不断减小。, 阻尼振动是振幅越来越小的振动,阻尼振动虽然振幅越来越小,但振动周期不变。 无阻尼振动的振幅不变,是等幅振动。 形成阻尼振动的原因是:振动物体克服摩擦或其他阻力做功而逐渐减小能量。 注意:无阻尼振动不一定是无阻力振动,因振动有阻力,但能及时对振动系统补充能量,振幅仍可保持不变。,(4)受迫振动: 物体在周期性驱动力作用下的振动叫做受迫振动。f受=f驱。与外界时刻交换能量,系统机械能时刻变化。 (
9、5)共振 (1)当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时,受迫振动的振幅最大,这种现象叫共振。 (2)产生共振的条件是驱动力频率等于物体的固有频率。 (3)共振利用与防止,二、两个理想化模型的教学建议,构建模型是科学研究的基本方法之一,模型在物理学中也得到了广泛的应用,物理模型是物理学理论体系的基石,物理模型的构建当然地也是物理学研究的主要方法之一 理想化方法是构建物理模型最主要的一种方法,他是将复杂的物理过程、物理现象中最本质具有共性的东西抽象出来,将其理想化、模型化,略去其次要因素和条件,抓住主要因素,即将其理想化,找出他们在理想状况下所遵循的基本规律,并构建出相应的物理模型,这是研究物理问题
10、的重要思想方法。,1、弹簧振子: 由三个物体组成小球、弹簧、横杆. 有两个理想化条件 (1)球、杆间摩擦力忽略不计; (2)弹簧的质量远小于小球的质量也可忽略, 振动回复力是弹力,2、单摆: 由两个物体组成线、小球。 有三个理想化条件 (1)细线的伸缩可以忽略; (2)细线质量远小于小球的质量,细线的质量可以忽略; (3)细线长度远大于小球直径,小球可以看成质点; 振动的回复力是重力沿圆弧切向的分力, 即F回=mgsin(为摆角),在摆角小于5时, F回=-mgx/L。小球做简谐运动,三、简谐运动图像的教学建议:,物理图像具有直观、形象的鲜明特点,用来表达或反映物理规律、物理过程时,更容易被学
11、生所接受,有助于学生对物理概念和物理规律的理解;应用物理图像分析和研究复杂的物理过程,可降低解题的难度,同时也是培养学生能力的有效途径,因此对物理图像的教学,应引起高度重视.,(1)频闪照相法:,1、振动图象的得出:,(2)实验法,把振子画在旁边以加深对x-t图的认识,是避免将来与波的图象相混淆的有效办法。,(3)课堂小实验:,(4)用位移传感器,2、物理意义: 表示振动物体的位移随时间变化的规律 注意振动图象不是质点的运动轨迹 3、特点: 只有简谐运动的图象才是正弦(或余弦)曲线 简谐运动的图象是正弦曲线还是余弦曲线主要取决于所记录的质点的起始时刻,如果选择的是质点在平衡位置为记录的起始时刻
12、,那么图象则为正弦图象,如果选择的是质点在最大位移时为起始时刻,那么图象则为余弦图象。,4、数学表达式: 质点在平衡位置为记录的起始时刻 质点在最大位移时为起始时刻 式中,5、应用 可直观地读取振幅A、周期 T及各时刻的位移x。 判定回复力、加速度方向。 图线上某时刻对应的斜率大小反映速度大小,斜率正、负反映速度方向。斜率大时速度大,斜率为正值时速度为正,斜率为负值时速度为负。 判断某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况。,1内容标准 (1)通过观察和分析,理解简谐运动的特征,能用公式和图像描述简谐运动的特征。 例1:比较做简谐运动的物体在不同位置所受的力及速度、加速度、动
13、能和势能。 例2:用两个摆长相同的单摆演示简谐运动的相位差。 (2)通过实验,探究单摆的周期与摆长的关系。 (3)知道单摆的周期与摆长、重力加速度的关系。会用单摆测定重力加速度。 (4)通过实验,认识受迫振动的特点。了解产生共振的条件及其在技术上的意义。 例3:调查生活和生产中受迫振动的应用实例及利用和防止共振的实例。,四、注重实验教学的有效性 新课程特别注重实验教学,但要讲求实效,而不是追求一种形式。要提高实验教学的有效性: 一是要注重实验的原理与方法; 二是要注重介绍仪器的构造; 三是要注重实验的效果; 四是要注重实验结果的分析。,要遵循几个原则: 一是能让学生动手实验的不用演示实验替代;
14、 二是能演示真实实验的不用实况录像替代; 三是能用实况录像展示的不用动画模拟; 四是尽量做到简洁、直观,避免把问题复杂化; 五是要追求效果好的低成本实验。,提出问题,从某种角度来说,科学家们就象侦探一样,把各种线索拼凑起来弄清事情的来龙去脉。科学家对周围的现象和事物,都十分留意。为了揭示大自然的秘密,仔细地观察着周围的世界。 科学家不只是观察,他们还总是以“怀疑”的眼光审视所观察到的现象,并就观察所得进一步提出可以通过科学探究来解决的问题。,猜想与假设,只要自然科学在思维着,它的发展形式就是假说 。 科学探究的起点是问题,科学探究的核心特征是假设。 猜想和假设是创造性思维中最活跃的因素. 假说
15、是对实验结果的预测。和所有的预测一样,假说是建立在观察和以往的知识经验上的。但与许多预测不同的是,假说必须能够被检验。严格的假说应该采用“如果,那么”的句式。这样的假说其实就是对你要进行的实验的一个粗略概括。,设计实验 搜集证据,科学家不只是提出问题,还会努力找出问题的答案。他们会借助查阅资料、观察和实验等方法来收集有关的信息及证据。 实验的目的是为了检验假设是否成立。检验的结果可能被证实,也可能被证伪。如果最初的假设遭否定,则须修订或做出新的假设,然后继续检验,直至新的假设通过所有实验的验证为止。,分析与论证,实验中得到的观察和测量结果称为数据。实验结束时要对数据进行分析,看看是否存在什么规
16、律或趋势。 如果能把数据整理成表格或者图表,常常能更清楚地看出它们的规律。 要思考这些数据说明了什么。它们能不能支持你的假说?它们是否指出了你实验中存在的缺陷?是否需要收集更多的数据?,得出结论 交流合作,结论就是对实验研究发现的总结。在下结论的时候,你要确定收集的数据是否支持原先的假说。通常需要重复好几次实验才能得出最后的结论。但得出的结论往往会使你发现新的问题,并设计新的实验来寻求答案。 科学家很乐意将自己的研究成果公布于众并与同行们交流。他们认为这种交流是智慧的交换,对得出正确的结论是十分有益的。在交流过程中,他们很注意倾听和尊重他人提出的不同观点和评议,既坚持原则,也勇于放弃或修正自己
17、的观点。,新的问题,当一个问题解决后,还会出现新的问题。例如,为什么单摆周期与摆球质量、摆角无关呢?如摆动时间很长,又有什么情况发生? 科学家又会设法解决这些新的问题,继续他们的研究工作。,实例:第三节 单摆,教材探究内容的处理与落实,对于教材中安排的某一探究内容,我们在教学中可以根据该探究内容的特点,突出几个要素,着重培养某些探究能力,不追求面面俱到。但学生通过整个学段的学习,却应当比较全面的提升各个探究的能力,因此必需有一个系统性的安排。,科学探究中应注意的几个问题,科学探究应给每个学生创造机会。 科学探究是一种集体性的协作活动。 避免将科学探究模式化。七个要素的顺序可以根据实际情况改变;不要求所有的探究都是完整的;大部分探究可以是部分的要素。 科学探究能力的发展是有层次的。要根据学生的年龄增长和知识背景逐步提高。,教学中利用、整合教材 1、理解教材的章节段结构 2、充分利用教材资源 3、适当整合教材内容,教学中设计与实践 1、根据课标设计目标 2、清晰重、难、兴趣点 3、利用资源等设计内容,谢谢 !,
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