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高一物理教案:振幅、周期和频率

来源:101教育网整理 2015-05-14 字体大小: 分享到:

一、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。
二、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。
三、教学方法:实验观察、讲授、讨论。
四、教 具:弹簧振子,音叉。
五、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。
【板书】二 振幅、周期和频率
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。
【板书】1、振动的振幅
在弹簧振子的振动中,以平衡位置为原点,物体离开平衡位置的距离有一个最大值。如图所示,振子总在AA’间往复运动,振子离开平衡位置的最大距离为OA或OA’, 我们把OA或OA’的大小称为振子的振幅。
【板书】(1)、振幅A:振动物体离开平衡位置的最大距离。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】振幅是标量,表示振动的强弱。
实验演示:轻敲一下音叉,声音不太响,音叉振动的振幅较小,振动较弱。重敲一下音叉,声音较响,音叉振动的振幅较大,振动较强。
振幅的单位和长度单位一样,国际单位制中用米表示。【板书】(2)、单位:m
由于简谐运动具有周期性,振子由某一点开始运动,经过一定时间,将回到该点,我们称振子完成了一次全振动。振子完成一次全振动,其位移和速度的大小、方向如何变化?
学生讨论后得出结论:振子完成一次全振动,其位移和速度的大小、方向与从该点开始运动时的位移和速度的大小、方向完全相同。
观察振子的运动,并用秒表或脉搏测定振子完成一次全振动的时间,通常测出振子完成20~30次全振动的时间,从而求出平均一次全振动的时间。可发现,振子完成一次全振动的时间是相同的。
【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: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,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
例: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.
我们可以认识到,同一个振子,其完成一次全振动所用时间是不变的,但振动的幅度可以调节.不同的振子,虽振幅可相同,但周期是不同的. (可以让学生独立完成,培养学生实验能力)
【板书】3、简谐运动的周期或频率与振幅无关
实验演示: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: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.
六、巩固练习
1.一物体从平衡位置出发,做简谐运动,经历了10s的时间,测的物体通过了200cm的路程.已知物体的振动频率为2Hz,该振动的振幅为多大?
2.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.
七、参考题
1.一个做简谐运动的质点,其振幅为4cm,频率是2.5Hz,该质点从平衡位置起经过2.5s时的位移和通过的路程个是多少?
2.一质点做简谐运动,从质点经过某一位置时开始计时,下列说法中正确的是
A.当质点再次经过此位置时,经过的时间为一个周期。
B.当质点的速度再次与0时刻相同时,经过的时间是一个周期
C.当质点的加速度再次与0时刻的加速度相同时,经过的时间为一个周期
D.当质点经过的路程为振幅的4倍时,经过的时间是一个周期
3.一质点在OM直线上作简谐运动,O点为平衡位置。在振动过程中,从它开始向M点运动时算起,经过0.15s到达M点,再经过0.1s第二次到达M点,则其振动频率为多大?
说明
1.周期和频率是做周期性运动所具有的物理量,振幅是振动特有的物理量。本节的重点是对这三个概念的理解。
2.对全振动概念的理解,要让学生明确振动物体的位移和速度这两个矢量经过一次往复运动均返回到初始值,就完成了一次全振动。可用课件演示让学生反复观察,明确一次全振动的意义。这样,周期和频率这两个概念和其相互关系就不难掌握了。
3.注意防止将“振动的快慢”和“振动物体运动的快慢”这两种表述混淆起来。对一个确定的振动物体来说,前者用周期、频率描述,是恒定的。后者用速度描述,它是随时间变化的。由此认识振幅、周期、频率都是从整体上描述振动特点的物理量。

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