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教學(xué)目標(biāo):
(一)知識與技能
1.掌握庫侖定律,要求知道點(diǎn)電荷的概念,理解庫侖定律的含義及其公式表達(dá),知道靜電力常量.
2.會用庫侖定律的公式進(jìn)行有關(guān)的計算.
3.知道庫侖扭秤的實驗原理.
(二)過程與方法
通過演示讓學(xué)生探究影響電荷間相互作用力的因素,再得出庫侖定律
(三)情感態(tài)度與價值觀
培養(yǎng)學(xué)生的觀察和探索能力
教學(xué)重點(diǎn):掌握庫侖定律
教學(xué)難點(diǎn):會用庫侖定律的公式進(jìn)行有關(guān)的計算
教學(xué)方法:講授法
教學(xué)用具:庫侖扭秤(模型或掛圖).
教學(xué)過程:
(一)復(fù)習(xí)上課時相關(guān)知識
(二)新課教學(xué)【板書】----第2節(jié)、庫侖定律
提出問題:電荷之間的相互作用力跟什么因素有關(guān)?
演示:帶正電的物體和帶正電的小球之間的相互作用力的大小和方向.使同學(xué)通過觀察分析出結(jié)論(參見課本圖1.2-1).
【板書】:1、影響兩電荷之間相互作用力的因素:1.距離.2.電量.
2、庫侖定律
內(nèi)容表述:力的大小跟兩個點(diǎn)電荷的電荷量的乘積成正比,跟它們的距離的二次方成反比.作用力的方向在兩個點(diǎn)電荷的連線上
公式:
靜電力常量k = 9.0×109N·m2/C2
適用條件:真空中,點(diǎn)電荷——理想化模型
介紹:(1).關(guān)于“點(diǎn)電荷”,應(yīng)讓學(xué)生理解這是相對而言的,只要帶電體本身的大小跟它們之間的距離相比可以忽略,帶電體就可以看作點(diǎn)電荷.嚴(yán)格地說點(diǎn)電荷是一個理想模型,實際上是不存在的這里可以引導(dǎo)學(xué)生回顧力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)的概念.容易出現(xiàn)的錯誤是:只要體積小就能當(dāng)點(diǎn)電荷,這一點(diǎn)在教學(xué)中應(yīng)結(jié)合實例予以糾正.
(2).要強(qiáng)調(diào)說明課本中表述的庫侖定律只適用于真空,也可近似地用于氣體介質(zhì),對其它介質(zhì)對電荷間庫侖力的影響不便向?qū)W生多作解釋,只能簡單地指出:為了排除其他介質(zhì)的影響,將實驗和定律約束在真空的條件下.
擴(kuò)展:任何一個帶電體都可以看成是由許多點(diǎn)電荷組成的任意兩點(diǎn)電荷之間的作用力都遵守庫侖定律.用矢量求和法求合力.
利用微積分計算得:帶電小球可等效看成電量都集中在球心上的點(diǎn)電荷.
靜電力同樣具有力的共性,遵循牛頓第三定律,遵循力的平行四邊形定則.
【板書】:3、庫侖扭秤實驗(1785年,法國物理學(xué)家.庫侖)
演示:庫侖扭秤(模型或掛圖)介紹:物理簡史及庫侖的實驗技巧.
實驗技巧:(1).小量放大.(2).電量的確定.
【例題1】:試比較電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力.已知電子的質(zhì)量m1=9.10×10-31kg,質(zhì)子的質(zhì)量m2=1.67×10-27kg.電子和質(zhì)子的電荷量都是1.60×10-19C.
分析:這個問題不用分別計算電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力,而是列公式,化簡之后,再求解.
解:電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力分別是
可以看出,萬有引力公式和庫侖定律公式在表面上很相似,表述的都是力,這是相同之處;它們的實質(zhì)區(qū)別是:首先萬有引力公式計算出的力只能是相互吸引的
力,絕沒有相排斥的力.其次,由計算結(jié)果看出,電子和質(zhì)子間的萬有引力比它們之間的靜電引力小的很多,因此在研究微觀帶電粒子間的相互作用時,主要考慮靜電力,萬有引力雖然存在,但相比之下非常小,所以可忽略不計.
【例題2】:詳見課本P9
小結(jié):對本節(jié)內(nèi)容做簡要的小結(jié)
作業(yè):復(fù)習(xí)本節(jié)課文及閱讀科學(xué)漫步
(一)知識與技能
理解掌握電勢差的概念、定義式與應(yīng)用。
(二) 過程與方法
結(jié)合電勢、電勢能、靜電力做功,通過對比讓學(xué)生深入理解電勢差及其之間的關(guān)系
(三) 情感態(tài)度與價值觀
培養(yǎng)學(xué)生對比的學(xué)習(xí)方法,培養(yǎng)學(xué)生的邏輯能力
重點(diǎn):理解掌握電勢差的概念、定義式。
難點(diǎn):根據(jù)電勢差的定義式進(jìn)行有關(guān)計算。
教學(xué)過程:
復(fù)習(xí)要點(diǎn):
1、靜電力做功與電勢能的關(guān)系。
2、電勢概念。-----后引入新課
通過對重力場中的高度、高度差和電場中的電勢、電勢的差值進(jìn)行類比,并結(jié)合P18圖1、4-1分析得出:
一、 電勢差
(1)定義:電場中兩點(diǎn)間電勢的差值,也叫電壓。
(3)理解:
①電勢差是標(biāo)量,可正,可負(fù)。正負(fù)表示兩點(diǎn)電勢的高低
②電勢的數(shù)值與零電勢點(diǎn)的選取有關(guān),電勢差的數(shù)值與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān)。
③電勢差UAB與q無關(guān),僅與電場中A、B兩位置有關(guān),反映電場本身的性質(zhì)。
④電場中A、B兩點(diǎn)間的電勢差跟移動電荷的路徑無關(guān),只與AB位置有關(guān)
二、靜電力做功與電勢差的關(guān)系
電荷Q在電場中從A移動到B時,靜電力做的功WAB等于電荷在A、B兩點(diǎn)的電勢能之差。
推導(dǎo):
即:電場中A、B兩點(diǎn)間的電勢差等于電場力做的功與試探電荷Q的比值。
三、符號的處理
1、 計算時將各量的正、負(fù)號代入公式,并根據(jù)結(jié)果的正、負(fù)號進(jìn)行判斷。
2、 代入絕對值
鞏固練習(xí)
要點(diǎn):理解楞次定律的內(nèi)容;理解楞次定律和能量守恒相符合;會用楞次定律解答有關(guān)問題
教學(xué)難點(diǎn):對楞次定律中的"阻礙"和"變化"的理解
考試要求:高考Ⅱ(感應(yīng)電流的方向判斷)
課堂設(shè)計:本節(jié)課通過實驗操作,讓學(xué)生自己從實驗當(dāng)中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象,總結(jié)出規(guī)律,這對理解愣次定律來說是很有幫助的,所以先搞清楚從電流表中指針的偏轉(zhuǎn)來判斷電路中電流的流向以及螺線管的繞向就顯得比較重要,實驗之前先講清。再者原磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電流,電流又要產(chǎn)生磁場對學(xué)生來說不能聯(lián)系,需要先強(qiáng)調(diào)。而后根據(jù)實驗進(jìn)行。
解決難點(diǎn):感應(yīng)電流關(guān)鍵搞清"阻礙",以實驗來讓學(xué)生自己總結(jié),
培養(yǎng)能力:理解能力,分析綜合能力,邏輯推理能力,空間想象能力
思想教育:尊重科學(xué)、尊重事實和精確細(xì)心的科學(xué)態(tài)度
學(xué)生現(xiàn)狀:知道磁通量的變化引起感應(yīng)電流,知道電流能夠產(chǎn)生磁場,但不知道這之間的聯(lián)系。
課堂教具:線圈、條形磁鐵、導(dǎo)線、干電池、蹄形磁鐵、靈敏電流計、楞次定律演示器
一、引入
1復(fù)習(xí):
(1)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件
(2)法拉第電磁感應(yīng)定律表達(dá)式。
2提出問題:感應(yīng)電流的產(chǎn)生與磁通量變化量有關(guān)、感應(yīng)電流的大小也與磁通量的變化量有關(guān),那么感應(yīng)電流的方向與磁通量的變化量是否也有關(guān)?
二、新課
【板書】課題:§16。2愣次定律——感應(yīng)電流的方向。
實驗準(zhǔn)備:明確電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向與電流方向的關(guān)系,搞清螺線管導(dǎo)線的繞向。
實驗:用條形磁鐵的N、S極插入線圈,或從線圈中撥出。
實驗要求:要求觀察四種情況下,電流表指針的擺動方向(把握電流的流向),條形磁鐵的磁場方向、磁通量的變化量情況(增減)。
動作原磁場B方向(向上、向下)原磁通量φ變化情況
(增大、減小)感應(yīng)電流方向(俯視:順、逆時針)感應(yīng)電流磁場B'方向
(向上、向下)B與B'方向的關(guān)系(相同、相反)
N極向下插入
N極向上抽出
S極向下插入
S極向上抽出
學(xué)生觀察上表,總結(jié)歸納,條形磁鐵的磁場方向,感應(yīng)電流磁場的方向,磁通量的變化量三者之間的內(nèi)在聯(lián)系。
教師引導(dǎo)學(xué)生說出歸納情況。
原磁通量增加時,引起的感應(yīng)電流的磁場方向與條形磁鐵磁場的方向相反,阻礙原來磁通量的增加;原磁通量減小時,引起的感應(yīng)電流的磁場方向與條形磁鐵的磁場方向相同,阻礙原來磁通量的減少。
【板書】愣次定律的內(nèi)容:感應(yīng)電流具有這樣的方向,即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。"阻礙"并非"阻止"
愣次定律的另一解釋:靠近時,排斥;遠(yuǎn)離時,吸引。
總之:從磁通量的變化角度來看,感應(yīng)電流總要阻礙磁通量的變化;
從導(dǎo)體和磁體的相對運(yùn)動的角度來看,感應(yīng)電流總要阻礙相對運(yùn)動。
分析思考與討論總結(jié):
從能量轉(zhuǎn)換的角度來分析:楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)
如果條形磁鐵的N極靠近螺線管的上端,螺線管中用楞次定律得出的感應(yīng)電流所形成的磁場,在螺線管上端為N極,這個N極將排斥外來的條形磁鐵的運(yùn)動,條形磁鐵受此排斥力的作用而運(yùn)動速度逐漸減小,即動能要減少;要維持其運(yùn)動速度則需要有外力對磁鐵做功??梢?,電磁感應(yīng)現(xiàn)象中線圈的電能是外部的機(jī)械能通過做功轉(zhuǎn)化而來的。因此,楞次定律與能量轉(zhuǎn)換與守恒規(guī)律是相符合的。
反之,我們可以設(shè)想一下,若感應(yīng)電流方向與用楞次定律判斷得出的方向相反,則螺線管的磁場將與條形磁鐵相互吸引,這樣條形磁鐵的速度會愈來愈大。也就是說在電路獲得電能的同時,磁鐵的動能也增加了。這時,對于電路和磁鐵組成的系統(tǒng)來說,它將找不到是由什么能量轉(zhuǎn)化而來的,電能和動能是憑空產(chǎn)生了,這顯然與自然界最基本的規(guī)律之一—能量守恒定律相違背。
教師引導(dǎo)學(xué)生找出判斷感生電流方向的方法。
【板書】判斷感生電流方向的方法:
①確定引起感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場的方向。
②判斷原磁通量的變化情況。
③確定感應(yīng)電流的磁場方向。(增時兩磁場方向相反,減時兩磁場方向相反)
④判斷出感應(yīng)電流的方向。(安培定則即右手螺旋管法則)
口答:(1)如果引起感應(yīng)電流的磁場方向向上,而感應(yīng)電流的磁場方向也向上,磁通量是增加還是減少?(減少)
(2)如果磁通量是減少的,感應(yīng)電流的磁場方向向上,那么引起感應(yīng)電流的磁場的方向是向上還是向下?(向上)
(3)如果兩個磁場的方向相反,磁通量是增加的還是減少的?(增加)
(4)如果引起感應(yīng)電流的磁場的方向向下,磁通量增加,那么感應(yīng)電流的磁場的方向是向上還是向下?(向上)總結(jié)記憶。
【板書】
楞次定律并不難,理解運(yùn)用記心上;先找外磁場方向,再看磁通增還減;
減時二場方向同,增時二場正相反;最后定下電流向,螺旋安培把好關(guān)。
作業(yè)::《愣次定律——感應(yīng)電流的方向》
板書設(shè)計:§16。2楞次定律――感應(yīng)電流的方向
內(nèi)容:感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化,這就是楞次定律。
判斷感應(yīng)電流方向的步驟:
1確定原磁場方向;
2判斷穿過閉合電路磁通量的變化情況;
3根據(jù)楞次定律判斷感應(yīng)電流的磁場方向;
4根據(jù)安培定則判斷感應(yīng)電流的磁場方向。
本節(jié)教材分析:
波的干涉是波的一種特殊的疊加現(xiàn)象,所以對波的疊加現(xiàn)象的理解是認(rèn)識波的干涉現(xiàn)象的基礎(chǔ)。教材首先講了波的疊加現(xiàn)象,即兩列波相遇而發(fā)生疊加時,對某一質(zhì)點(diǎn)而言,它每一時刻振動的總位移,都等于該時刻兩列波在該質(zhì)點(diǎn)引起的位移的矢量和。
在學(xué)生理解波的疊加的基礎(chǔ)上,再進(jìn)一步說明在特殊情況下,即當(dāng)兩列波的頻率相同時,疊加的結(jié)果就會出現(xiàn)穩(wěn)定的特殊圖樣,即某些點(diǎn)兩列波引起的振動始終加強(qiáng),某些點(diǎn)兩列波引起的振動始終減弱,并且加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)相互間隔,這就是干涉現(xiàn)象。
由于對干涉現(xiàn)象的理解,需要一定的空間想象力圖,可借助圖片、計算機(jī)模擬,盡可能使學(xué)生形象、直觀地理解干涉現(xiàn)象。
教學(xué)目標(biāo):
1。知道波的疊加原理。
2。知道什么是波的干涉現(xiàn)象和干涉圖樣。
3。知道干涉現(xiàn)象也是波特有的現(xiàn)象。
教學(xué)重點(diǎn):波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象。
教學(xué)難點(diǎn):波的干涉中加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位移和振幅的區(qū)別。
教學(xué)方法:實驗法、電教法、訓(xùn)練法。
教學(xué)用具:實物投影儀、CAI課件、波的干涉實驗儀。
教學(xué)過程
一、引入
1。什么叫波的衍射?
2。產(chǎn)生明顯的衍射的條件是什么?
學(xué)生答:波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播,這種現(xiàn)象叫做波的衍射。
只有縫、孔的寬度和障礙物的尺寸跟波長相差不多,或者比波長更小時,才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象。
教師:波的衍射研究的是一個波源發(fā)出波的情況,那么兩列或兩列以上的波在同一介質(zhì)中傳播,又會發(fā)生什么情況呢?
二、新課教學(xué)
(一)波的疊加原理
[設(shè)問]把兩塊石子在不同的地方投入池塘的水中,就有兩列波在水面上傳播,兩列波相遇時,會不會像兩個小球相碰時那樣,都改變原來的運(yùn)動狀態(tài)呢?
[演示]取一根長繩,兩位同學(xué)在這根水平長繩的兩端分別向上抖動一下,學(xué)生觀察現(xiàn)象。
[學(xué)生敘述現(xiàn)象]
現(xiàn)象一:抖動一下后,看到有兩個凸起狀態(tài)在繩上相向傳播。
現(xiàn)象二:兩列波相遇后,彼此穿過,繼續(xù)傳播,波的形狀和傳播的情形跟相遇前一樣。
[教師總結(jié)]兩列波相遇后,每列波都像相遇前一樣,保持各自原來的波形,繼續(xù)向前傳播,這是波的獨(dú)立傳播特性。
[多媒體模擬繩波相遇前和相遇后的波形]
[教師]剛才,通過實驗,我們知道了兩列波在相遇前后,它們都保持各自的運(yùn)動狀態(tài),彼此都沒有受到影響,那么在兩列波相遇的區(qū)域里情況又如何呢?
[多媒體模擬繩波相遇區(qū)的情況]
[教師總結(jié)]在兩列波重疊的區(qū)域里,任何一個質(zhì)點(diǎn)同時參與兩個振動,其振動位移等于這兩列波分別引起的位移的矢量和。當(dāng)兩列波在同一直線上振動時,這兩種位移的矢量和簡化為代數(shù)和,這叫做波的疊加原理。
[強(qiáng)化訓(xùn)練]兩列振動方向相同和振動方向相反的波疊加,振幅如何變化?振動加強(qiáng)還是減弱?
學(xué)生討論后得到:兩列振動方向相同的波疊加,振動加強(qiáng),振幅增大;兩列振動方向相反的波疊加,振動減弱,振幅減小。
(二)波的干涉
[實物投影演示]把兩根金屬絲固定在同一個振動片上,當(dāng)振動片振動時,兩根金屬絲周期性地觸動水面,形成兩個波源,觀察在兩列波相遇重疊的區(qū)域里出現(xiàn)的現(xiàn)象。
[教師說明]由于這兩列波是由同一個振動片引起的,所以這兩個波源的振動頻率和振動步調(diào)相同。
[學(xué)生敘述現(xiàn)象]在振動的水面上,出現(xiàn)了一條條從兩個波源中間伸展出來的相對平靜的區(qū)域和激烈振動的區(qū)域,這兩種區(qū)域在水面上的位置是固定的,而且相互隔開。
兩列頻率相同的水波相遇,會出現(xiàn)振動加強(qiáng)和振動減弱相互間隔的現(xiàn)象,形成穩(wěn)定的干涉圖樣。
干涉;頻率相同的兩列波疊加,使某些區(qū)域的振動加強(qiáng)、某些區(qū)域的振動減弱,并且振動加強(qiáng)和振動減弱的區(qū)域互相間隔,這種現(xiàn)象叫波的干涉。
在干涉現(xiàn)象中形成的圖樣叫干涉圖樣。由于兩列波的頻率相同,振動加強(qiáng)處總是加強(qiáng),振動減弱處總是減弱,所以出現(xiàn)了穩(wěn)定的干涉圖樣。
[用多媒體展示課本水波的干涉圖樣及波的干涉的示意圖]
[教師]為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?
結(jié)合課本圖10—30進(jìn)行分析:?
對于圖中的a點(diǎn):?
設(shè)波源S1、S2在質(zhì)點(diǎn)a引起的振幅分別為A1和A2,以圖中a點(diǎn)波峰與波峰相遇時刻計時,波源S1、S2分別引起a質(zhì)點(diǎn)的振動圖象如圖甲、乙所示,當(dāng)兩列波重疊后,質(zhì)點(diǎn)a同時參與兩個振動,合振動圖象如圖丙所示:
從圖中可看出:對于a點(diǎn),在t=0時是兩列波的波峰和波峰相遇,經(jīng)過半個周期,就變成波谷和波谷相遇,也就是說:在a點(diǎn),兩列波引起的振幅都等于兩列波的振幅之和,即a點(diǎn)始終是振動加強(qiáng)點(diǎn)。
說明的幾個問題:
1。從波源S1、S2發(fā)出的兩列波傳到振動加強(qiáng)的點(diǎn)a振動步調(diào)是一致的,引起質(zhì)點(diǎn)a的振動方向是一致的,振幅為A1+A2。
2。振動加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)a并不是始終處于波峰或波谷,它仍然在平衡位置附近振動,只是振幅最大,等于兩列波的振幅之和。
3。振動加強(qiáng)的條件:波峰與波峰或波谷與波谷相遇點(diǎn)是振動加強(qiáng)點(diǎn)。加強(qiáng)點(diǎn)與兩個波源的距離差:△r=r2—r1=k (k=0,1,2,3)
那么,振動減弱的點(diǎn)又是如何形成的呢?
以波源S1、S2分別將波峰、波谷傳給減弱點(diǎn)b時刻開始計時,波源S1、S2分別引起質(zhì)點(diǎn)b振動的圖象如圖甲、乙所示,當(dāng)兩列波重疊后,質(zhì)點(diǎn)a同時參與兩個振動,合振動圖象如圖丙所示:
在b點(diǎn)是兩列波的波峰和波谷相遇,經(jīng)過半個周期,就變成波谷和波峰相遇,在這一點(diǎn)兩列波引起的合振動始終是減弱的,質(zhì)點(diǎn)振動的振幅等于兩列波的振幅之差。?
說明的幾個問題:?
1。從波源S1、S2發(fā)出的兩列波傳到b點(diǎn)時引b的振動方向相反,振幅為|A1—A2|。
2。振動減弱的質(zhì)點(diǎn)b并不是一定不振動,只是振幅最小,等于兩列波的振幅之差。
3。振動減弱的條件:波峰與波谷相遇點(diǎn)是振動加強(qiáng)點(diǎn)。減弱點(diǎn)與兩個波源的距離差:△r=r2—r1=(2k+1)/2 (k=0,1,2,3)
[強(qiáng)化訓(xùn)練]
1。從一條弦線的兩端,各發(fā)生一如圖甲所示的橫脈沖,它們均沿弦線傳播,速度相等,傳播方向相反,在它們傳播的過程中,可能出現(xiàn)的脈沖波形是圖乙中的(ABD)
2。如上圖中s1和s2是兩個相干波源,以s1和s2為圓心的兩組同心圓弧分別表示在同一時刻兩列波的波峰和波谷,實線表示波峰,虛線表示波谷,a、b、c三點(diǎn)中,振動加強(qiáng)的點(diǎn)是 ,振動減弱的點(diǎn)是 ,再過 周期,振動加強(qiáng)的點(diǎn)是 ,振動減弱的點(diǎn)是 。
(三)產(chǎn)生波的干涉的條件
[對比投影演示實驗]
實驗一:在投影儀上放一個發(fā)波水槽,用同一振動片帶動兩個振針振動,觀察產(chǎn)生的現(xiàn)象。
實驗二:在投影儀上放一個發(fā)波水槽,用二個振針分別激起兩列水波,觀察發(fā)生的現(xiàn)象。?
[學(xué)生敘述現(xiàn)象]
現(xiàn)象一:看到了穩(wěn)定的干涉圖樣(實驗一)
現(xiàn)象二:實驗二中,得到的干涉圖樣是不穩(wěn)定的。
產(chǎn)生干涉的條件:兩列波的頻率相同。
說明:
1。干涉現(xiàn)象中那些總是振動加強(qiáng)的點(diǎn)或振動減弱的點(diǎn)是建立在兩個波源產(chǎn)生的頻率相同的前提條件下。
2。如果兩列頻率不同的波相疊加,得到的圖樣是不穩(wěn)定的;而波的干涉是指波疊加中的一個特例,即產(chǎn)生穩(wěn)定的疊加圖樣。
3。聲波的干涉。
4。一切波都能發(fā)生干涉,干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象。
[強(qiáng)化訓(xùn)練]
關(guān)于兩列波的穩(wěn)定干涉現(xiàn)象,下列說法正確的是(BD)
A。任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象
B。發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的兩列波,它們的頻率一定相同
C。在振動減弱的區(qū)域,各質(zhì)點(diǎn)都處于波谷
D。在振動加強(qiáng)的區(qū)域,有時質(zhì)點(diǎn)的位移等于零
兩列波疊加產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象是有條件的,不是任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的,兩列波疊加產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的一個必要條件是兩列波的頻率相同,所以選項A是錯誤的而選項B是正確的;在振動減弱的區(qū)域里,只是兩列波引起質(zhì)點(diǎn)的振動始終是減弱的,質(zhì)點(diǎn)振動的振幅等于兩列波的振幅之差,如果兩列波的振幅相同,質(zhì)點(diǎn)振動的振幅就等于零,也不可能各質(zhì)點(diǎn)都處于波谷,所以選項C是錯誤的。在振動加強(qiáng)的區(qū)域里,兩列波引起質(zhì)點(diǎn)的振動始終是加強(qiáng)的,質(zhì)點(diǎn)振動的最激烈,振動的振幅等于兩列波的振幅之和,但這些點(diǎn)始終是振動著的,因而有時質(zhì)點(diǎn)的位移等于零,所以選項D是正確的。所以本題應(yīng)選B、D。
強(qiáng)調(diào):不論是振動加強(qiáng)點(diǎn)還是振動減弱點(diǎn),位移仍隨時間做周期性變化。
三、小結(jié)
1。什么是波的獨(dú)立性?什么是波的疊加原理?
2。什么是波的干涉?產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件是什么?
四、板書設(shè)計
五、1。課本P18?第3題?2。課本 P18的做一做:觀察聲音的干涉現(xiàn)象。?
教學(xué)目標(biāo)
知識目標(biāo)
1、理解磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義及單位.
2、知道用磁感線的疏密可以形象直觀地反映磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。?/p>
3、知道什么叫勻強(qiáng)磁場,知道勻強(qiáng)磁場的磁感線的分布情況.
4、知道什么是安培力,知道電流方向與磁場方向平行時,電流受的.安培力為零;電流方向與磁場方向垂直時,電流受安培力的大?。?/p>
5、會用左手定則熟練地判定安培力的方向.
能力目標(biāo)
1、通過演示磁場對電流作用的實驗,培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納物理規(guī)律的能力.
2、通過學(xué)習(xí)左手定則,理解磁場方向、電流方向和安培力方向三者之間的關(guān)系,培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力.
情感目標(biāo)
通過對安培定則的學(xué)習(xí),使得學(xué)生了解科學(xué)的發(fā)現(xiàn)不僅需要勤奮的努力,還需要嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)密的科學(xué)態(tài)度.
教學(xué)建議
教材分析
關(guān)于安培力這一重要的內(nèi)容,需要強(qiáng)調(diào):
1、安培力的使用條件:磁場均勻,電流方向與磁場方向垂直。
2、電流方向與磁場方向平行時,安培力具有最小值。電流方向與磁場方向垂直時,安培力具有最大值。
教法建議
由于前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過電場的有關(guān)知識,講解時可以將磁場和電場進(jìn)行類比,以加深學(xué)生對磁場的有關(guān)知識的理解。例如:電場和磁場相互對比,電場線與磁感線相互對比,磁感應(yīng)強(qiáng)度與電場強(qiáng)度進(jìn)行對比等等。
在上一節(jié)的基礎(chǔ)上,啟發(fā)學(xué)生回憶電場強(qiáng)度的定義,對比說明引入磁場強(qiáng)度的定義的思路是通過磁場對電流的作用力的研究得出的。為了讓學(xué)生更好的理解磁場,可以在實驗現(xiàn)象的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論。
教學(xué)設(shè)計方案
安培力磁感應(yīng)強(qiáng)度
一、素質(zhì)教育目標(biāo)
(一)知識教學(xué)點(diǎn)
1 、理解磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義及單位.
2 、知道用磁感線的疏密可以形象直觀地反映磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小.
3 、知道什么叫勻強(qiáng)磁場,知道勻強(qiáng)磁場的磁感線的分布情況.
4 、知道什么是安培力,知道電流方向與磁場方向平行時,電流受的安培力為零;電流方向與磁場方向垂直時,電流受安培力的大小
5 、會用左手定則熟練地判定安培力的方向.
(二)能力訓(xùn)練點(diǎn)
1 、通過演示磁場對電流的作用的實驗,培養(yǎng)學(xué)生利用控制變量法總結(jié)歸納物理規(guī)律的能力.
2 、通過學(xué)習(xí)左手定則,理解磁場方向、電流方向和安培力方向三者之間的關(guān)系,培養(yǎng)學(xué)生空間想像能力.
(三)德育滲透點(diǎn)
通過閱讀材料介紹奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng),說明科學(xué)家之所以能取得輝煌的成就,除了本身所具有的聰明才智外,刻苦勤奮地學(xué)習(xí)和工作,善于捕捉稍縱即逝的靈感更為重要,鼓勵和激發(fā)學(xué)生從現(xiàn)在開始更加發(fā)奮地學(xué)習(xí),將來為國家做貢獻(xiàn).
(四)美育滲透點(diǎn)
通過介紹物理學(xué)家安培取得輝煌成就的原因是靠勤奮自學(xué)、刻苦鉆研的頑強(qiáng)意志,讓學(xué)生感受物理學(xué)家們的人格美、情操美.
二、學(xué)法引導(dǎo)
1 、教師通過演示實驗法直觀教學(xué),決定安培力大小的因素,通過啟發(fā)講解,幫助學(xué)生歸納總結(jié)公式
及B的定義式.結(jié)合練習(xí)法使學(xué)生掌握左手定則使用.
2 、學(xué)生認(rèn)真觀察實驗,在教師啟發(fā)的指導(dǎo)下總結(jié)規(guī)律,積極動手動腦理解公式,掌握左手定則的應(yīng)用.
三、重點(diǎn)·難點(diǎn)·疑點(diǎn)及解決辦法
1 、重點(diǎn)
(1)理解磁場對電流的作用力大小的決定因素,掌握電流與磁場垂直時,安培力大小為:
(2)掌握左手定則.
2 、難點(diǎn)
對左手定則的理解.
3 、疑點(diǎn)
磁場方向、電流方向和安培力方向三者之間的空間關(guān)系.
4 、解決辦法
以演示實驗為突破口,直觀地引導(dǎo)學(xué)生掌握電流在磁場中所受安培力大小的決定因素;反復(fù)地借助實驗,來理解左手定則,建立磁場方向、電流方向和安培力方向三者關(guān)系的正確圖景.
四、課時安排
1課時
五、教具學(xué)具準(zhǔn)備
鐵架臺、三個相同的蹄形磁鐵、電源、滑動變阻器、電鍵、導(dǎo)線.
六、師生互動活動設(shè)計
教師先通過實驗,學(xué)生觀察分析、討論、總結(jié)出安培力公式,再引入磁感強(qiáng)度B的定義式,通過講解類比電場強(qiáng)度,啟發(fā)學(xué)生理解公式
的意義,借助墻角(或桌角)幫助學(xué)生建立三維坐標(biāo)空間,理解掌握左手定同.
七、教學(xué)步驟
(一)明確目標(biāo)
(略)
(二)整體感知
本節(jié)教學(xué)是在上一節(jié)學(xué)習(xí)了磁場的概念及方向性的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步認(rèn)識磁場的強(qiáng)弱性質(zhì),根據(jù)磁場力的性質(zhì)用定義法定義B描述磁場的強(qiáng)弱,用磁感線形象地反映磁場的強(qiáng)弱,同時利用定義式來計算安培力的大小,再用左手定則來確定磁場方向、電流方向和安培力的方向.
(三)重點(diǎn)、難點(diǎn)的學(xué)習(xí)與目標(biāo)完成過程
1 、磁場對電流的作用
用條形磁鐵可以在一定的距離內(nèi)吸起較小質(zhì)量的鐵塊,巨大的電磁鐵卻能吸起成噸的鋼塊,表明磁場有強(qiáng)有弱,如何表示磁場的強(qiáng)弱呢?我們利用磁場對電流的作用力——安培力來研究磁場的強(qiáng)弱.
2 、決定安培力大小的因素有哪些?
利用演示實驗裝置,研究安培力大小與哪些因素有關(guān)
(1)與電流的大小有關(guān).
保持導(dǎo)線在磁鐵中所處的位置及與磁場方向不變這兩個條件下,通過移動滑動變阻器觸頭改變導(dǎo)線中電流的大小.
請學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象.導(dǎo)線擺動的角度大小隨電流的改變而改變,電流大,擺角大;電流小,擺角?。?/p>
實驗結(jié)論:垂直于磁場方向的通電直導(dǎo)線,受到磁場的作用力的大小眼導(dǎo)線中電流的大小有關(guān),電流大,作用力大;電流小,作用力也小.
(2)與通電導(dǎo)線在磁場中的長度有關(guān).
保持導(dǎo)線在磁鐵中所處的位置及方向不變,電流大小也不變,改變通電電流部分的長度.學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象.導(dǎo)線擺動的角度大小隨通電導(dǎo)線長度而改變,導(dǎo)線長、擺角大;導(dǎo)線短,擺角?。?/p>
實驗結(jié)論:垂直于磁場方向的通電直導(dǎo)線,受到的磁場的作用力的大小限通電導(dǎo)線在磁場中的長度有關(guān),導(dǎo)線長、作用力大;導(dǎo)線短,作用力?。?/p>
(3)與導(dǎo)線在磁場中的放置方向有關(guān).
保持電流的大小及通電導(dǎo)線的長度不變,改變導(dǎo)線與磁場方向的夾角,當(dāng)夾角為0 °時,導(dǎo)線不動,即電流與磁場方向平行時不受安培力作用;當(dāng)夾角增大到90 °的過程中,導(dǎo)線擺角不斷增大,即電流與磁場方向垂直時,所受安培力最大;不平行也不垂直時,安培力大小介于和最大值之間.
3 、磁感應(yīng)強(qiáng)度
總結(jié)歸納以上實驗現(xiàn)象,用L表示通電導(dǎo)線長度,I表示電流,保持電流和磁場方向垂直,通電導(dǎo)線所受的安培力大小FIL
用B表示這一比值,有B的物理意義為:通電導(dǎo)線垂直置于磁場同一位置,B值保持不變;若改變通電導(dǎo)線的位置,B值隨之改變.表明B值的大小是由磁場本身的位置決定為.對于電流和長度相同的導(dǎo)線,放置在B值大的位置受的安培力F也大,表明磁場強(qiáng).放在B值小的位置受的安培力F也小,表明磁場弱
4 、安培力的大小和方向.
根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式,可得通電導(dǎo)線垂直磁場方向放置時所受的安培力大小為:
舉例計算安培力的大?。?/p>
安培力的方向如何呢?還過前面的演示實驗現(xiàn)象可知,通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力方向跟導(dǎo)線中的電流方向、磁場方向都有關(guān)系.人們通過大量的實驗研究,總結(jié)出通電導(dǎo)線受安培力方向和電流方向、磁場方向存在著一個規(guī)律——左手定則.
左手定則:伸開左手,使大拇指跟其余四個手指垂直,并且跟手掌在同一個平面內(nèi),把手放入磁場中,讓磁感線垂直穿入手心,并使伸開的四指指向電流方向,那么,拇指所指的方向,就是通電導(dǎo)線在磁場中的受力方向.
應(yīng)該注意的是:若電流方向和磁場方向垂直,則磁場力的方向、電流方向、磁場方向三者互相垂直;若電流方向和磁場方向不垂直,則磁場力的方向仍垂直于電流方向,也同時垂直于磁場方向.
(四)總結(jié)、擴(kuò)展
本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了磁場對電流的作用——安培力,通過研究安培力的大小,我們定義了反映磁場強(qiáng)弱的物理量——磁感應(yīng)強(qiáng)度
八、布置作業(yè)
九、 板書設(shè)計
一、教材分析
磁場的概念比較抽象,應(yīng)對幾種常見的磁場使學(xué)生加以了解認(rèn)識,學(xué)好本節(jié)內(nèi)容對后面的磁場力的分析至關(guān)重要。
二、教學(xué)目標(biāo)
(一)知識與技能
1.知道什么叫磁感線。
2.知道幾種常見的磁場(條形、蹄形,直線電流、環(huán)形電流、通電螺線管)及磁感線分布的情況
3.會用安培定則判斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁場方向。
4.知道安培分子電流假說,并能解釋有關(guān)現(xiàn)象
5.理解勻強(qiáng)磁場的概念,明確兩種情形的勻強(qiáng)磁場
6.理解磁通量的概念并能進(jìn)行有關(guān)計算
(二)過程與方法
通過實驗和學(xué)生動手(運(yùn)用安培定則)、類比的方法加深對本節(jié)基礎(chǔ)知識的認(rèn)識。
(三)情感態(tài)度與價值觀
1.進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的實驗觀察、分析的能力.
2.培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力.
三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)
1.會用安培定則判定直線電流、環(huán)形電流及通電螺線管的磁場方向.
2.正確理解磁通量的概念并能進(jìn)行有關(guān)計算
四、學(xué)情分析
磁場概念比較抽象,學(xué)生對此難以理解,但前面已經(jīng)學(xué)習(xí)過了電場,可采用類比的方法引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。
五、教學(xué)方法
實驗演示法,講授法
六、課前準(zhǔn)備:
演示磁感線用的磁鐵及鐵屑,演示用幻燈片
七、課時安排:
1課時
八、教學(xué)過程:
(一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑
(二)情景引入、展示目標(biāo)
要點(diǎn):磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向。
[啟發(fā)學(xué)生思考]電場可以用電場線形象地描述,磁場可以用什么來描述呢?
[學(xué)生答]磁場可以用磁感線形象地描述.----- 引入新課
(老師)類比電場線可以很好地描述電場強(qiáng)度的大小和方向,同樣,也可以用磁感線來描述磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向
(三)合作探究、精講點(diǎn)播
【板書】1.磁感線
(1)磁感線的定義
在磁場中畫出一些曲線,使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致,這樣的曲線叫做磁感線。
(2)特點(diǎn):
A、磁感線是閉合曲線,磁鐵外部的磁感線是從北極出來,回到磁鐵的南極,內(nèi)部是從南極到北極.
B、每條磁感線都是閉合曲線,任意兩條磁感線不相交。
C、磁感線上每一點(diǎn)的切線方向都表示該點(diǎn)的磁場方向。
D、磁感線的疏密程度表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小
【演示】用鐵屑模擬磁感線的形狀,加深對磁感線的認(rèn)識。同時與電場線加以類比。
【注意】①磁場中并沒有磁感線客觀存在,而是人們?yōu)榱搜芯繂栴}的方便而假想的。
②區(qū)別電場線和磁感線的不同之處:電場線是不閉合的,而磁感線則是閉合曲線。
2.幾種常見的磁場
【演示】
①用鐵屑模擬磁感線的演示實驗,使學(xué)生直觀地明確條形磁鐵、蹄形磁鐵、通電直導(dǎo)線、通電環(huán)形電流、通電螺線管以及地磁場(簡化為一個大的條形磁鐵)各自的磁感線的分布情況(磁感線的走向及疏密分布)。
②用投影片逐一展示:條形磁鐵、蹄形磁鐵、通電直導(dǎo)線、通電環(huán)形電流、通電螺線管以及地磁場(簡化為一個大的條形磁鐵)。
(1)條形、蹄形磁鐵,同名、異名磁極的磁場周圍磁感線的分布情況
(2)電流的磁場與安培定則
①直線電流周圍的磁場
在引導(dǎo)學(xué)生分析歸納的基礎(chǔ)上得出
a直線電流周圍的磁感線:是一些以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的同心圓,這些同心圓都在跟導(dǎo)線垂直的平面上.
b直線電流的方向和磁感線方向之間的關(guān)系可用安培定則(也叫右手螺旋定則)來判定:用右手握住導(dǎo)線,讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致,彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向.
②環(huán)形電流的磁場
a環(huán)形電流磁場的磁感線:是一些圍繞環(huán)形導(dǎo)線的閉合曲線,在環(huán)形導(dǎo)線的中心軸線上,磁感線和環(huán)形導(dǎo)線的平面垂直。
[教師引導(dǎo)學(xué)生得]
b環(huán)形電流的方向跟中心軸線上的磁感線方向之間的關(guān)系也可以用安培定則來判定:讓右手彎曲的四指和和環(huán)形電流的方向一致,伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線中心軸線上磁感線的方向.
③通電螺線管的磁場.
a通電螺線管磁場的磁感線:和條形磁鐵外部的磁感線相似,一端相當(dāng)于南極,一端相當(dāng)于北極;內(nèi)部的磁感線和螺線管的軸線平行,方向由南極指向北極,并和外部的磁感線連接,形成一些環(huán)繞電流的閉合曲線(圖5)
b通電螺線管的電流方向和它的磁感線方向之間的關(guān)系,也可用安培定則來判定:用右手握住螺線管,讓彎曲四指所指的方向和電流的方向一致,則大拇指所指的方向就是螺線管的北極(螺線管內(nèi)部磁感線的方向).
③電流磁場(和天然磁鐵相比)的特點(diǎn):磁場的有無可由通斷電來控制;磁場的極性可以由電流方向變換;磁場的強(qiáng)弱可由電流的大小來控制。
【說明】由于后面的安培力、洛倫茲力、電磁感應(yīng)與磁感應(yīng)強(qiáng)度密切相關(guān),幾種常見磁場的磁感線的分布是一個非?;镜膬?nèi)容,不掌握好,對后面的學(xué)習(xí)有很大影響。
3.安培分子電流假說
(1)安培分子電流假說
對分子電流,結(jié)合環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場的知識及安培定則,以便學(xué)生更容易理解它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個磁極,這句話;并應(yīng)強(qiáng)調(diào)這兩個磁極跟分子電流不可分割的聯(lián)系在一起,以便使他們了解磁極為什么不能以單獨(dú)的N極或S極存在的道理。
(2)安培假說能夠解釋的一些問題
可以用回形針、酒精燈、條形磁鐵、充磁機(jī)做好磁化和退磁的演示實驗,加深學(xué)生的印象。舉生活中的例子說明,比如磁卡不能與磁鐵放在一起等等。
【說明】假說,是用來說明某種現(xiàn)象但未經(jīng)實踐證實的命題。在物理定律和理論的建立過程中,假說,常常起著很重要的作用,它是在一定的觀察、實驗的基礎(chǔ)上概括和抽象出來的。安培分子電流的假說就是在奧斯特的實驗的啟發(fā)下,經(jīng)過思維發(fā)展而產(chǎn)生出來的。
(3)磁現(xiàn)象的電本質(zhì):磁鐵和電流的磁場本質(zhì)上都是運(yùn)動電荷產(chǎn)生的.
4.勻強(qiáng)磁場
(1)勻強(qiáng)磁場:如果磁場的某一區(qū)域里,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向處處相同,這個區(qū)域的磁場叫勻強(qiáng)磁場。勻強(qiáng)磁場的磁感線是一些間隔相同的平行直線。
(2)兩種情形的勻強(qiáng)磁場:即距離很近的兩個異名磁極之間除邊緣部分以外的磁場;相隔一定距離的兩個平行線圈(亥姆霍茲線圈)通電時,其中間區(qū)域的磁場P87圖3.3-7,圖3.3-8。
5.磁通量
(1)定義: 磁感應(yīng)強(qiáng)度B與線圈面積S的乘積,叫穿過這個面的磁通量(是重要的基本概念)。
(2)表達(dá)式:=BS
【注意】①對于磁通量的計算要注意條件,即B是勻強(qiáng)磁場或可視為勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度,S是線圈面積在與磁場方向垂直的平面上的投影面積。
②磁通量是標(biāo)量,但有正、負(fù)之分,可舉特例說明。
(3)單位:韋伯,簡稱韋,符號Wb 1Wb = 1Tm2
(4)磁感應(yīng)強(qiáng)度的另一種定義(磁通密度):即B =/S
上式表示磁感應(yīng)強(qiáng)度等于穿過單位面積的磁通量,并且用Wb/m2做單位(磁感應(yīng)強(qiáng)度的另一種單位)。所以:1T = 1 Wb/m2 = 1N/Am
(三)小結(jié):對本節(jié)各知識點(diǎn)做簡要的小結(jié)。
(四)反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測
1.如圖所示,放在通電螺線管內(nèi)部中間處的小磁針,靜止時N極指向右.試判定電源的正負(fù)極.
解析:小磁針N極的指向即為該處的磁場方向,所以在螺線管內(nèi)部磁感線方向由ab,根據(jù)安培定則可判定電流由c端流出,由d端流入,故c端為電源的正極,d端為負(fù)極.
注意:不要錯誤地認(rèn)為螺線管b端吸引小磁針的N極,從而判定b端相當(dāng)于條形磁鐵的南極,關(guān)鍵是要分清螺線管內(nèi)、外部磁感線的分布.
2.如圖所示,當(dāng)線圈中通以電流時,小磁針的北極指向讀者.學(xué)生確定電流方向.
答案:電流方向為逆時針方向.
(五)發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置作業(yè)
九、板書設(shè)計
磁感線:人為畫出,可形象描述磁場
幾種常見的磁場:安培定則:讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向。
勻強(qiáng)磁場:磁場中各處電場強(qiáng)度大小相等方向相同。其磁感線是一些間隔均勻的平行直線。
磁通量:B與S的乘積,單位是韋伯,也叫磁通密度。
十、教學(xué)反思
本節(jié)內(nèi)容與本章第一節(jié)內(nèi)容聯(lián)系較大可先復(fù)習(xí)第一節(jié)知識后進(jìn)入新課的學(xué)習(xí),并在學(xué)習(xí)過程中加入對應(yīng)習(xí)題。注重演示如演示磁感線用的磁鐵及鐵屑,演示用幻燈片等使學(xué)生具有形象感。
1、理解振幅、周期和頻率的概念,知道全振動的含義。
2、了解初相位和相位差的概念,理解相位的物理意義。
3、了解簡諧運(yùn)動位移方程中各量的物理意義,能依據(jù)振動方程描繪振動圖象。
4、理解簡諧運(yùn)動圖象的物理意義,會根據(jù)振動圖象判斷振幅、周期和頻率等。
重點(diǎn)難點(diǎn):對簡諧運(yùn)動的振幅、周期、頻率、全振動等概念的理解,相位的物理意義。
教學(xué)建議:本節(jié)課以彈簧振子為例,在觀察其振動過程中位移變化的周期性、振動快慢的特點(diǎn)時,引入描繪簡諧運(yùn)動的物理量(振幅、周期和頻率),再通過單擺實驗引出相位的概念,最后對比前一節(jié)得出的圖象和數(shù)學(xué)表達(dá)式,進(jìn)一步體會這些物理量的含義。本節(jié)要特別注意相位的概念。
導(dǎo)入新課:你有喜歡的歌手嗎?我們常常在聽歌時會評價,歌手韓紅的音域?qū)拸V,音色嘹亮圓潤;歌手王心凌的聲音甜美;歌手李宇春的音色沙啞,獨(dú)具個性……但同樣的歌曲由大多數(shù)普通人唱出來,卻常常顯得干巴且單調(diào),為什么呢?這些是由音色決定的,而音色又與頻率等有關(guān)。
1、描述簡諧運(yùn)動的物理量
(1)振幅
振幅是振動物體離開平衡位置的①最大距離。振幅的②兩倍表示的是振動的物體運(yùn)動范圍的大小。
(2)全振動
振子以相同的速度相繼通過同一位置所經(jīng)歷的過程稱為③全振動,這一過程是一個完整的振動過程,振動質(zhì)點(diǎn)在這一振動過程中通過的路程等于④4倍的振幅。
(3)周期和頻率
做簡諧運(yùn)動的物體,完成⑤全振動的時間,叫作振動的周期;單位時間內(nèi)完成⑥全振動的次數(shù)叫作振動的頻率。在國際單位制中,周期的單位是⑦秒,頻率的單位是⑧赫茲。用T表示周期,用f表示頻率,則周期和頻率的關(guān)系是⑨f=。
(4)相位
在物理學(xué)中,我們用不同的⑩相位來描述周期性運(yùn)動在各個時刻所處的 不同狀態(tài)。
2、簡諧運(yùn)動的表達(dá)式
(1)根據(jù)數(shù)學(xué)知識,xOy坐標(biāo)系中正弦函數(shù)圖象的表達(dá)式為 y=Asin(ωx+φ)。
(2)簡諧運(yùn)動中的位移(x)與時間(t)關(guān)系的表達(dá)式為 x=Asin(ωt +φ),其中 A代表簡諧運(yùn)動的振幅, ω叫作簡諧運(yùn)動的“圓頻率”, ωt+φ代表相位。
1、彈簧振子的運(yùn)動范圍與振幅是什么關(guān)系?
解答:彈簧振子的運(yùn)動范圍是振幅的兩倍。
2、周期與頻率是簡諧運(yùn)動特有的概念嗎?
解答:不是。描述任何周期性過程,都可以用這兩個概念。
3、如果兩個振動存在相位差,它們振動步調(diào)是否相同?
解答:不同。
主題1:振幅
問題:(1)同一面鼓,用較大的力敲鼓面和用較小的力敲鼓面,鼓面的振動有什么不同?聽上去感覺有什么不同?
(2)根據(jù)(1)中問題思考振幅的物理意義是什么?
解答:(1)用較大的力敲,鼓面的振動幅度較大,聽上去聲音大;反之,用較小的力敲,鼓面的振動幅度較小,聽上去聲音小。
(2)振幅是描述振動強(qiáng)弱的物理量,振幅的大小對應(yīng)著物體振動的強(qiáng)弱。
知識鏈接:簡諧運(yùn)動的振幅是物體離開平衡位置的最大距離,是標(biāo)量,表示振動的強(qiáng)弱和能量,它不同于簡諧運(yùn)動的位移。
主題2:全振動、周期和頻率
問題:(1)觀察課本“彈簧振子的簡諧運(yùn)動”示意圖,振子從P0開始向左運(yùn)動,怎樣才算完成了全振動?列出振子依次通過圖中所標(biāo)的點(diǎn)。
(2)閱讀課本,思考并回答下列問題:周期和頻率與計時起點(diǎn)(或位移起點(diǎn))有關(guān)嗎?頻率越大,物體振動越快還是越慢?振子在一個周期內(nèi)通過的路程和位移分別是多少?
(3)完成課本“做一做”,猜想彈簧振子的振動周期可能由哪些因素決定?假如我們能看清楚振子的整個運(yùn)動過程,那么從什么位置開始計時才能更準(zhǔn)確地測量振動的周期?為什么?
解答:(1)振子從P0出發(fā)后依次通過O、M'、O、P0、M、P0的過程,就是全振動。
(2)周期和頻率與計時起點(diǎn)(或位移起點(diǎn))無關(guān);頻率越大,周期越小,表示物體振動得越快。振子在一個周期內(nèi)通過的路程是4倍的振幅,而在一個周期內(nèi)的位移是零。
(3)影響彈簧振子周期的因素可能有振子的質(zhì)量、彈簧的勁度系數(shù)等;從振子經(jīng)過平衡位置時開始計時能更準(zhǔn)確地測量振動周期,因為振子經(jīng)過平衡位置時速度最大,這樣計時的誤差最小。
知識鏈接:完成全振動,振動物體的位移和速度都回到原值(包括大小和方向),振動物體的路程是振幅的4倍。
主題3:簡諧運(yùn)動的表達(dá)式
問題:閱讀課本有關(guān)“簡諧運(yùn)動的表達(dá)式”的內(nèi)容,討論下列問題。
(1)一個物體運(yùn)動時其相位變化多少就意味著完成了全振動?
(2)若采用國際單位,簡諧運(yùn)動中的位移(x)與時間(t)關(guān)系的表達(dá)式x=Asin(ωt+φ)中ωt+φ的單位是什么?
(3)甲和乙兩個簡諧運(yùn)動的頻率相同,相位差為 ,這意味著什么?
解答:(1)相位每增加2π就意味著完成了全振動。
(2)ωt+φ的單位是弧度。
(3)甲和乙兩個簡諧運(yùn)動的相位差為 ,意味著乙(甲)總是比甲(乙)滯后個周期或次全振動。
知識鏈接:頻率相同的兩個簡諧運(yùn)動,相位差為0稱為“同相”,振動步調(diào)相同;相位差為π稱為“反相”,振動步調(diào)相反。
1、(考查對全振動的理解)如圖所示,彈簧振子以O(shè)為平衡位置在B、C間做簡諧運(yùn)動,則( )。
A、從B→O→C為全振動
B、從O→B→O→C為全振動
C、從C→O→B→O→C為全振動
D、從D→C→O→B→O為全振動
【解析】選項A對應(yīng)過程的路程為2倍的振幅,選項B對應(yīng)過程的路程為3倍的振幅,選項C對應(yīng)過程的路程為4倍的振幅,選項D對應(yīng)過程的路程大于3倍的振幅,又小于4倍的振幅,因此選項A、B、D均錯誤,選項C正確。
【答案】C
【點(diǎn)評】要理解全振動的概念,只有振動物體的位移與速度第同時恢復(fù)到原值,才是完成全振動。
2、(考查簡諧運(yùn)動的振幅和周期)周期為T=2 s的簡諧運(yùn)動,在半分鐘內(nèi)通過的路程是60 cm,則在此時間內(nèi)振子經(jīng)過平衡位置的次數(shù)和振子的振幅分別為( )。
A、15次,2 cm B、30次,1 cm
C、15次,1 cm D、60次,2 cm
【解析】振子完成全振動經(jīng)過軌跡上每個位置兩次(除最大位移處外),而每次全振動振子通過的路程為4個振幅。
【答案】B
【點(diǎn)評】一個周期經(jīng)過平衡位置兩次,路程是振幅的4倍。
3、圖示為質(zhì)點(diǎn)的振動圖象,下列判斷中正確的是( )。
A、質(zhì)點(diǎn)振動周期是8 s
B、振幅是4 cm
C、4 s末質(zhì)點(diǎn)的速度為負(fù),加速度為零
D、10 s末質(zhì)點(diǎn)的加速度為正,速度為零
【解析】由振動圖象可得,質(zhì)點(diǎn)的振動周期為8 s,A對;振幅為2 cm,B錯;4 s末質(zhì)點(diǎn)經(jīng)平衡位置向負(fù)方向運(yùn)動,速度為負(fù)向最大,加速度為零,C對;10 s末質(zhì)點(diǎn)在正的最大位移處,加速度為負(fù)值,速度為零,D錯。
【答案】AC
【點(diǎn)評】由振動圖象可以直接讀出周期與振幅,可以判斷各個時刻的速度方向與加速度方向。
4、(考查簡諧運(yùn)動的表達(dá)式)兩個簡諧運(yùn)動分別為x1=4asin(4πbt+π)和x2=2asin(4πbt+π),求它們的振幅之比、各自的頻率,以及它們的相位差。
【解析】根據(jù)x=Asin(ωt+φ)得:A1=4a,A2=2a,故振幅之比 = =2
由ω=4πb及ω=2πf得:二者的頻率都為f=2b
它們的相位差:(4πbt+π)—(4πbt+π)=π,兩物體的振動情況始終反相。
【答案】2∶1 2b 2b π
【點(diǎn)評】要能根據(jù)簡諧運(yùn)動的表達(dá)式得出振幅、頻率、相位。
拓展一:簡諧運(yùn)動的表達(dá)式
1、某做簡諧運(yùn)動的物體,其位移與時間的變化關(guān)系式為x=10sin 5πt cm,則:
(1)物體的振幅為多少?
(2)物體振動的頻率為多少?
(3)在時間t=0、1 s時,物體的位移是多少?
(4)畫出該物體簡諧運(yùn)動的圖象。
【分析】簡諧運(yùn)動位移與時間的變化關(guān)系式就是簡諧運(yùn)動的表達(dá)式,將它與教材上的簡諧運(yùn)動表達(dá)式進(jìn)行對比即可得出相應(yīng)的物理量。
【解析】簡諧運(yùn)動的表達(dá)式x=Asin(ωt+φ),比較題中所給表達(dá)式x=10sin 5πt cm可知:
(1)振幅A=10 cm。
(2)物體振動的頻率f= = Hz=2、5 Hz。
(3)t=0、1 s時位移x=10sin(5π×0、1) cm=10 cm。
(4)該物體簡諧運(yùn)動的周期T==0、4 s,簡諧運(yùn)動圖象如圖所示。
【答案】(1)10 cm (2)2、5 Hz (3)10 cm (4)如圖所示
【點(diǎn)撥】在解答簡諧運(yùn)動表達(dá)式的題目時要注意和標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式進(jìn)行比較,知道A、ω、φ各物理量所代表的意義,還要能和振動圖象結(jié)合起來。
拓展二:簡諧振動的周期性和對稱性
甲
2、如圖甲所示,彈簧振子以O(shè)點(diǎn)為平衡位置做簡諧運(yùn)動,從O點(diǎn)開始計時,振子第到達(dá)M點(diǎn)用了0、3 s的時間,又經(jīng)過0、2 s第二次通過M點(diǎn),則振子第三次通過M點(diǎn)還要經(jīng)過的時間可能是( )。
A、 s B、 s C、1、4 s D、1、6 s
【分析】題目中只說從O點(diǎn)開始計時,并沒說明從O點(diǎn)向哪個方向運(yùn)動,它可能直接向M點(diǎn)運(yùn)動,也可能向遠(yuǎn)離M點(diǎn)的方向運(yùn)動,所以本題可能的選項有兩個。
乙
【解析】如圖乙所示,根據(jù)題意可知振子的運(yùn)動有兩種可能性,設(shè)t1=0、3 s,t2=0、2 s
第一種可能性:=t1+=(0、3+ ) s=0、4 s,即T=1、6 s
所以振子第三次通過M點(diǎn)還要經(jīng)過的時間t3=+2t1=(0、8+2×0、3) s=1、4 s
第二種可能性:t1—+=,即T= s
所以振子第三次通過M點(diǎn)還要經(jīng)過的時間t3=t1+(t1—)=(2×0、3— ) s= s。
【答案】AC
【點(diǎn)撥】解答這類題目的關(guān)鍵是理解簡諧運(yùn)動的對稱性和周期性。明確振子往復(fù)通過同一點(diǎn)時,速度大小相等、方向相反;通過關(guān)于平衡位置對稱的兩點(diǎn)時,速度大小相等、方向相同或相反;往復(fù)通過同一段距離或通過關(guān)于平衡位置對稱的兩段距離時所用時間相等。另外要注意,因為振子振動的周期性和對稱性會造成問題的多解,所以求解時別漏掉了其他可能出現(xiàn)的情況。
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