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(共32張PPT)
第二章 機(jī)械振動(dòng)
第2節(jié) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述
高中物理選擇性必修第一冊(cè)
復(fù)雜機(jī)械振動(dòng)
幾個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)
合成
分解
簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本的機(jī)械振動(dòng)。
簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與機(jī)械運(yùn)動(dòng)的關(guān)系是怎樣的？
表達(dá)式中各字母是否有什么意義呢？
知識(shí)回顧：
簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的定義：
如果物體的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從 的規(guī)律，即它的振動(dòng)圖像(x－t圖像)是一條 ，這樣的振動(dòng)是一種簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。
正弦函數(shù)
正弦曲線
目標(biāo)引領(lǐng)：
1.通過(guò)觀察豎直彈簧振子的振動(dòng)過(guò)程，明確振幅的定義及意義，培養(yǎng)從實(shí)際情境中捕捉信息，獲取知識(shí)，并應(yīng)用知識(shí)的能力；
2.分析拇指琴不同琴鍵發(fā)出不同聲音的原因，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，找到豎直彈簧振子的周期和頻率的影響因素；通過(guò)觀察勻速圓周運(yùn)動(dòng)和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，尋找各種運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系，知道大自然的和諧之美，并在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感；
3.通過(guò)觀察兩個(gè)彈簧振子的振動(dòng)步調(diào)關(guān)系，理解相位及相位差的概念。
任務(wù)一：嘗試一下，怎樣讓拇指琴發(fā)出更大的聲音？
問(wèn)題1：為什么撥動(dòng)琴弦，就會(huì)發(fā)出聲音？
怎樣讓琴鍵發(fā)出了更大的聲音？
琴鍵發(fā)出了更大的聲音時(shí)，琴鍵的振動(dòng)有什么變化？
可見，振動(dòng)幅度的大小對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)有用的參量。
(1)定義：
振動(dòng)物體離開平衡位置的 .
(3)單位：
米 m
(2)物理意義：描述物體振動(dòng) 大小。
(4)符號(hào)：
A
一．振幅
幅度
最大距離
(5)標(biāo)矢性：
標(biāo)量
任務(wù)二：聽拇指琴的聲音，猜測(cè)為什么撥動(dòng)不同的琴鍵會(huì)發(fā)出不同的聲音？
可見，振動(dòng)周期和頻率對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)有用的參量。
二．周期和頻率。
全振動(dòng)：振子完成一個(gè)完整的振動(dòng)的過(guò)程。
振子沿 方向相繼通過(guò)同一位置的之間的過(guò)程。
M
M/
o
同一
N
二．周期和頻率。
1.周期T：
3.周期與頻率的物理意義：描述物體振動(dòng)的 。
（1）定義：
（2）單位：
2.頻率f：
（1）定義：
（3）單位：
做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體完成一次全振動(dòng)所需要的時(shí)間.
秒 s
物體完成的全振動(dòng)的次數(shù)與所用時(shí)間的比值。
赫茲 Hz
周期越小，頻率越 ，物體振動(dòng)的越 。
大
快
快慢
單位
（2）數(shù)值上等于
時(shí)間內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)
疑問(wèn)：
豎直彈簧振子的振動(dòng)周期可能與哪些因素有關(guān)呢？
振幅A
振子質(zhì)量m
彈簧勁度系數(shù)k
猜一猜
控制變量法
......
振幅 小振幅 中振幅 大振幅
周期
第一步實(shí)驗(yàn)：尋找彈簧豎直振子的振動(dòng)周期與振幅的定性關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?①觀察、對(duì)比兩個(gè)彈簧豎直振子的振動(dòng)周期與振幅的關(guān)系。
②利用“手機(jī)物理工坊”探究彈簧振子的周期與振幅的關(guān)系。
控制變量:同一根彈簧，同一個(gè)手機(jī)，不同的振幅
數(shù)據(jù)記錄：
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
彈簧振子的周期與振幅A無(wú)關(guān)。
所有簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期都與振幅A無(wú)關(guān)！
理論拓展：
第二步自主探究實(shí)驗(yàn)：探究周期與彈簧勁度系數(shù)的定性關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模豪谩笆謾C(jī)物理工坊”探究周期與彈簧勁度系數(shù)的關(guān)系。
控制變量：同一個(gè)手機(jī)，不同的彈簧（不再需要考慮振幅因素）
數(shù)據(jù)記錄：
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
手機(jī)物理工坊

合作探究：應(yīng)用手機(jī)物理傳感器app尋找影響彈簧振子周期的因素。
實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：
1.振幅不用太大，否則容易出現(xiàn)“跳躍”；
2.盡量豎直向下拉，否則容易“蕩秋千”；
3.待周期值穩(wěn)定后再讀數(shù)。
第二步自主探究實(shí)驗(yàn)：探究周期與彈簧勁度系數(shù)的定性關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模豪谩笆謾C(jī)物理工坊”探究周期與彈簧勁度系數(shù)的關(guān)系。
控制變量：同一個(gè)手機(jī)，不同的彈簧（不再需要考慮振幅影響）
數(shù)據(jù)記錄：
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
彈簧振子的周期與勁度系數(shù)有關(guān)。
疑問(wèn)：
豎直彈簧振子的振動(dòng)周期可能與哪些因素有關(guān)呢？
振幅A
振子質(zhì)量m
彈簧勁度系數(shù)k
猜一猜
控制變量法
......
課下探究作業(yè)：
思考：如果不借助傳感器，能不能用你身邊的工具測(cè)出振子的周期？怎樣能盡量減小測(cè)周期時(shí)的誤差？
任務(wù)：探究一下彈簧振子的周期與振子質(zhì)量以及你猜測(cè)的其它因素的關(guān)系。下節(jié)課展示交流與討論！
提示：參考課本37頁(yè)的“做一做”完成！
知識(shí)回顧：
簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的定義：
如果物體的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從 的規(guī)律，即它的振動(dòng)圖像(x－t圖像)是一條 ，這樣的振動(dòng)是一種簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。
正弦函數(shù)
正弦曲線
表達(dá)式中有沒有可以描述振動(dòng)快慢的量？
知識(shí)回顧：
圓周運(yùn)動(dòng)中的ω叫什么名字？
與周期和頻率是什么關(guān)系？
問(wèn)題：
在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中ω叫什么名字？
為什么它可以描述振動(dòng)的快慢？
ω與周期和頻率滿足什么關(guān)系？
三、圓頻率ω
1.結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)，推導(dǎo)圓頻率ω與周期T、頻率f的關(guān)系：
sinθ
θ
θ值每增加 ，正弦函數(shù)值完成一次循環(huán)變化.
2π
簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)每完成一次全振動(dòng)，所需要的時(shí)間為 。
T
ωt+φ
ω(t+T)+φ
= +2π
一個(gè)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體側(cè)投出的影子所做的運(yùn)動(dòng)就是一個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。大自然中有很多的和諧之美，等著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)！
2.觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，了解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)的關(guān)系.
任務(wù)四：觀察兩個(gè)彈簧振子的振動(dòng)，尋找兩個(gè)振動(dòng)步調(diào)關(guān)系。
除了振幅、周期、頻率，我們還需要一個(gè)描述某個(gè)時(shí)刻物體處在哪個(gè)狀態(tài)的參量！
1.相位：
2.物理意義：
3.初相：
四、相位
ωt+φ
用來(lái)描述周期性運(yùn)動(dòng)的物體在一個(gè)周期中的各個(gè)時(shí)刻所處的不同狀態(tài)。
t=0時(shí)刻的相位 φ
【問(wèn)題2】怎樣用相位來(lái)描述兩個(gè)彈簧振子振動(dòng)的步調(diào)之間的關(guān)系？
3.相位差：
對(duì)兩個(gè)具有相同頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)
情景一：兩個(gè)彈簧振子步調(diào)一致，
相位差Δφ=φ2-φ1=0，稱為“同相”。
情景二：兩個(gè)彈簧振子步調(diào)相反，
相位差Δφ=φ2-φ1=π，稱為“反相”。
超前與滯后：
若Δφ=φ2-φ1 >0
我們稱振子2的振動(dòng)超前于振子1了Δφ
或者，振子1的振動(dòng)滯后于振子2了Δφ
(多選)物體A做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)位移xA＝3sin(100t＋ ) m，物體B做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)位移xB＝5sin(100t＋ )m。以下說(shuō)法正確的是
A.物體A的振幅是6 m，物體B的振幅是10 m
B.物體A、B的周期相等，為100 s
C.物體A振動(dòng)的頻率fA等于物體B振動(dòng)的頻率fB
D.物體A的相位超前物體B的相位
CD
目標(biāo)達(dá)成檢測(cè)
課下探究作業(yè)：
思考：如果不借助傳感器，能不能用你身邊的工具測(cè)出振子的周期？測(cè)周期的時(shí)候有什么注意事項(xiàng)？
任務(wù)：探究一下彈簧振子的周期與振子質(zhì)量有沒有關(guān)系。
提示：參考課本37頁(yè)的“做一做”，獨(dú)立完成！
相位差：
振幅
相位
圓頻率
初相
2.觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，了解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)的關(guān)系.
一個(gè)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體側(cè)投出的影子所做的運(yùn)動(dòng)就是一個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。大自然中有很多的和諧之美，等著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)！
相位差：
振幅
相位
圓頻率
初相
生活中的機(jī)械振動(dòng)
數(shù)學(xué)與物理情境結(jié)合，分析初相：
φ=0
φ=
φ= -

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