物理选修3—4《简谐运动》

刘灵梅

[摘 要]关于简介运动本节内容是物理选修模块，根据课标要求，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，并比较做简谐运动的物体在不同位置所受的力、速度、加速度、动能和势能。

[关键词]简谐运动；受力；位置

本节可分两课时完成：

第一课时，认识简谐运动并培养分析和解决问题的能力.

第二课时，归纳总结做简谐运动的运动特征.

本节内容为第一课时。本节倡导积极主动，勇于探索的学习精神，注重提高学生的物理思维能力，养成总结归纳的学习习惯。

为此我从几个方面着手：

一、通过图片展示，认识机械振动不同于前面所学的运动，是具有往复、周期性的运动。

二、通过实物水平弹簧振子的运动、竖直弹簧振子的运动，展示观察总结位移大小和方向的变化。这是本节课的重点。

三、通过位移一时间的图像，分析运动的位移的变化规律。

案例片段描述：

【引入新课】展示：弹吉他、音叉、敲鼓以及小鸟飞离枝头等图片，摆钟、荡秋千动画，引出机械振动，并说明最简单的机械运动是简谐运动。

【学生甲】导学案展示：

1. 什么是弹簧振子？“弹簧振子”这个理想模型，理想在哪？

一个轻质弹簧连接一个小球，在光滑水平面运动，小球和弹簧所组成的系统称做弹簧振子或简称振子。理想忽略摩擦力 、忽略弹簧质量系统机械能守恒。

2. 什么是弹簧振子的平衡位置？该位置在振动方向上所受合外力如何？请分析下图中弹簧振子的平衡位置弹簧处于什么状态？

静止时所处的位置就是振子的平衡位置，在该位置沿振动

方向合外力为0。①图中平衡位置为弹簧原长

②图中为重力和弹力相等的位置。

3.弹簧振子在运动过程中，不同时刻的位移都是以哪个位置为起点的？画出下图中B、C两点的位移，并说明位移方向如何？大小如何？分析小球在靠近和远离平衡位置过程中，位移分别是如何变化的？

位移是以平衡位置为起点的，方向如图，B点位移方向像左，C点位移方向向右，位移大小为OB、OC段长度，小球在靠近平衡位置时

位移减小，远离平衡位置时位移增大。

【老师强调】平衡位置是指受力平衡的位置，通过受力平衡确定平衡位置，我们规定位移的方向以平衡位置为起点指向末位置，

【老师提问】向左运动经过B点和返回经过B点位移方向如何？

【学生甲】两次经过B点的位移方向相反，向左经过b位移方向向左，返回经过B时位移方向向右。

【学生乙】不对，位移的方向始终都由平衡位置指向末位置所以两次经过的位移是相同的

【老师】那么甲同学错在哪里？

【学生丙】他把运动方向当作了位移方向了。

【老师总结】只要经过同一位置位移方向就是相同的，而且位移方向始终是背离平衡位置的，连续两次经过同一位置不同的是速度方向，而且只要远离平衡位置，位移就是增加的，靠近平衡位置时位移就是减小的。

那么如何用图像直观的反应位移随时间的变化关系呢？如何建立坐标系呢？参看导学案完成实验

【导学案内容】弹簧振子的x—t图像是如何建立坐标轴的？

以平衡位置为原点，以运动轨迹为y轴，垂直y轴方向为时间轴，按照要求完成到导学案上的实验过程。

【合作探究】

小组实验：两人合作，请用笔模仿上图①中的弹簧振子的运动

（1）白纸不动：先在白纸中央画一条直线OO1使它平行于纸的长边，作为图像的横坐标轴，纸不动，其中一个人握笔让笔尖在白纸上沿垂直于OO1的方向来回移动，在纸上留下笔的印迹。

（2）沿OO1的方向匀速拉动白纸：在上述白纸上，当其中一个人沿垂直于OO1方向来回移动时，另一个人沿OO1的方向匀速拉动白纸，在纸上留下笔的印迹

（3） 成果展示给大家

【课后思考】为什么必须匀速拉动白纸？这种记录振动的方法，在实际中有很多的应用，你知道有哪些吗？

【同学戊导学案展示】

简谐运动及其图像

1.什么是简谐运动？运动过程中，它的位移大小和方向具有什么特点？

如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象（x—t图象）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。

位移做周期性变化。

【老师】不够完整，其他同学呢？

【同学1】振子从平衡位置向左、向右运动，位移增加，向平衡位置运动位移减小。

【同学2】振子在平衡位置左侧时位移方向向左，在平衡位置右侧时位移方向向右。

【老师】为了更好的体会和总结位移的变化，请看微课。

基本内容是：以弹簧振子为例，运动轨迹是直线，位移大小和方向周期性变化，只要远离平衡位置时位移增加，靠近平衡位置时位移减小，位移的方向始终背离平衡位置。

【小结】：

1.彈簧振子理性化模型：不计阻力、弹簧的质量与小球相比可以忽略（振动过程中系统机械能守恒）

2.平衡位置：振子原来静止时的位置。

3.简谐运动：质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象是一条正弦曲线。

参考文献：

[1]高中物理学习的知识、方法[J]. 朱玉荣. 理科考试研究 2014年13期

[2]谈高中物理的探究式教学[J]. 李雀飞. 广西民族师范学院学报 2014年03期