備課人
學(xué)科
物理
課題
2.1 簡諧運(yùn)動
教學(xué)內(nèi)容分析
本節(jié)在節(jié)前“問題”中列舉了多個實(shí)例，通過讓學(xué)生歸納共同點(diǎn)來引出機(jī)械振動的概念；而后從運(yùn)動學(xué)的角度認(rèn)識彈簧振子，通過實(shí)驗(yàn)得出彈簧振子的位移一時間圖像；再通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)彈簧振子的位移一時間圖像是正弦曲線。簡諧運(yùn)動可以根據(jù)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征分別進(jìn)行定義，本節(jié)根據(jù)運(yùn)動學(xué)特征給出了簡諧運(yùn)動的定義。本節(jié)的重點(diǎn)是形成簡諧運(yùn)動的概念和認(rèn)識它的位移一時間圖像，難點(diǎn)是彈簧振子理想化模型的建構(gòu)和簡諧運(yùn)動位移與時間函數(shù)關(guān)系的得出。
學(xué)情分析
高二的學(xué)生已具有運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的基本知識，對高中物理的學(xué)習(xí)要求和方法已具有一定的認(rèn)識，但在大小和方向都做周期性變化的力的作用下的物體運(yùn)動還是第一次遇到，對這種運(yùn)動模式的運(yùn)動形式?jīng)]有抽象認(rèn)識；很難對較為復(fù)雜的運(yùn)動有清晰的認(rèn)識。為此，如何幫助他們建立合理的簡諧運(yùn)動情景是教學(xué)的關(guān)鍵。在課堂教學(xué)上首先通過實(shí)驗(yàn)演示給學(xué)生以直觀的感受，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)的良好情景；再引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考、討論應(yīng)用描點(diǎn)、描跡法、驗(yàn)證法、擬合法、類比法等科學(xué)方法得出初步的簡諧運(yùn)動規(guī)律，然后再次通過觀察、思考、討論得出正確而科學(xué)的結(jié)論。由此培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、空間想象能力、協(xié)同學(xué)習(xí)的能力和科學(xué)的思維能力，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程變得輕松而高效，并且同步培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，為學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展提供必要的訓(xùn)練。
教學(xué)目標(biāo)
1.通過實(shí)驗(yàn)觀察，認(rèn)識機(jī)械振動。會運(yùn)用理想化方法建構(gòu)彈簧振子模型。
2.通過觀察、分析和推理，證明彈簧振子的位移一時間圖像是正弦曲線，會用圖像描述簡諧運(yùn)動。
3.經(jīng)歷探究簡諧運(yùn)動規(guī)律的過程，能分析數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)特點(diǎn)，形成結(jié)論。
教學(xué)重難點(diǎn)
1.教學(xué)重點(diǎn)：彈簧振子位移隨時間的變化規(guī)律及相應(yīng)的x-t圖像的理解
2.教學(xué)難點(diǎn)：準(zhǔn)確理解簡諧運(yùn)動x-t圖像的物理意義
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié)
教師活動
學(xué)生活動
設(shè)計意圖
新課導(dǎo)入
觀察下圖幾個常見的運(yùn)動，具有什么共同特點(diǎn)？
特點(diǎn): 上述物體總是在某一位置附近做往復(fù)性的運(yùn)動。
學(xué)生嘗試總結(jié)圖片的共同運(yùn)動特點(diǎn)。
利用學(xué)生身邊的事情引發(fā)學(xué)生思考物理問題，引導(dǎo)學(xué)生觀察生活，發(fā)現(xiàn)生活
新課教學(xué)
一、彈簧振子
（一）機(jī)械振動
請同學(xué)們閱讀課文，結(jié)合前面的例子總結(jié)機(jī)械振動的定義和特點(diǎn)。
在學(xué)生總結(jié)的基礎(chǔ)上，和學(xué)生共同完善機(jī)械振動的定義和特點(diǎn)：
1.定義：我們把物體或物體的一部分在一個位置附近的往復(fù)運(yùn)動稱為機(jī)械振動 ，簡稱振動。
2.特征：
(1)有一個“中心位置”，也是振動物體靜止時的位置；
(2)運(yùn)動具有往復(fù)性。
提出問題：你能舉出生活中，機(jī)械振動的其他例子嗎？
展現(xiàn)情境思考，并采用以下問題分步引導(dǎo)：
如圖 ，把一個有小孔的小球連接在彈簧的一端，彈簧的另一端固定，小球套在光滑的桿上，能夠自由滑動。彈簧的質(zhì)量與小球相比可以忽略。小球運(yùn)動時空氣阻力很小，也可以忽略。彈簧未形變時，小球所受合力為 0，此時小球處于O點(diǎn)。把小球拉向右方，然后放開，小球是否會做機(jī)械振動？請嘗試從理論證明。
【分析】
小球在回到O點(diǎn)前，小球做什么運(yùn)動？
提示：小球在回到O點(diǎn)時，小球做加速運(yùn)動。
（2）小球在回到O點(diǎn)時，小球做受力情況如何？速度如何？
提示：小球回到O點(diǎn)合力為0，此時小球速度達(dá)到最大。
（3）小球在回到O點(diǎn)向左運(yùn)動后將做什么運(yùn)動？
提示：小球做減速運(yùn)動。
（4）小球減速至0后，小球會停下來嗎？為什么？
提示：小球不會停下來，因?yàn)槠渌芎狭Σ粸?。
現(xiàn)在，你能說明小球的運(yùn)動是否屬于機(jī)械振動了嗎？
提示：小球以O(shè)點(diǎn)為中心位置，在O點(diǎn)附近做往復(fù)運(yùn)動，故小球的運(yùn)動屬于機(jī)械振動。
推導(dǎo)結(jié)束后后讓學(xué)生用實(shí)驗(yàn)證明。
請學(xué)生閱讀課文，總結(jié)彈簧振子的定義，然后和學(xué)生一同總結(jié)彈簧振子的容。
1.定義:小球和彈簧所組成的系統(tǒng)稱作彈簧振子，有時也把這樣的小球稱做彈簧振子或簡稱振子。
2.條件:
（1）忽略摩擦力等各種阻力；
（2）小球看成質(zhì)點(diǎn)；
（3）忽略彈簧質(zhì)量;
（4）彈簧始終在彈性限度內(nèi)。
3.O點(diǎn)為平衡位置：物體原來靜止時的位置
4.拓展思考：彈簧振子的平衡位置一定在彈簧的原長位置嗎？
不一定。如圖所示，用手把鋼球向上托起一段距離，然后釋放，鋼球便上下振動，其振動的平衡位置不在彈簧的原長位置，而是在彈力與重力的合力為零的位置。
學(xué)生閱讀課文并總結(jié)機(jī)械振動的定義和特點(diǎn)。
學(xué)生舉例子
學(xué)生在在老師和導(dǎo)學(xué)案的分步引導(dǎo)下總結(jié)小球的運(yùn)動，最后總結(jié)得出彈簧做的運(yùn)動屬于機(jī)械振動。
學(xué)生觀看實(shí)驗(yàn)。
學(xué)生回答嘗試會的彈簧振子不在彈簧原長的情況。
定義學(xué)生可以在課文總閱讀總結(jié)，特點(diǎn)需要根據(jù)以上的例子總結(jié)，培養(yǎng)鍛煉學(xué)生觀察總結(jié)能力。
加深學(xué)生對機(jī)械振動的理解。
通過對彈簧振子的運(yùn)動分析，再次加深對機(jī)械振動的理解。
培養(yǎng)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證推論，采用實(shí)驗(yàn)加推理結(jié)合，加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的理解，同時再次感受物理抽象模型建立的過程。
加深學(xué)生對機(jī)械振動和平衡位置的理解。
二、彈簧振子的位移—時間圖像
（一）彈簧振子的位移
展示一下問題，讓學(xué)生閱讀課文，并將一下填空補(bǔ)充完整：
1.振子在某時刻的位移：從平衡位置指向振子在該時刻位置的有向線段；若規(guī)定振動質(zhì)點(diǎn)在平衡位置右側(cè)時位移為正，則它在平衡位置左側(cè)時位移為負(fù)。
例如：振子在MM′之間振動，O為平衡位置，振子的在某時刻的位移x情況：
O→M:x的大小增大，方向始終向右。
M→O:x的大小減小，方向始終向右。
O→M′:x的大小增大，方向始終向左。
M′→O:x的大小減小，方向始終向左。
2.振子在某段時間內(nèi)的位移：由初位置指向末位置的有向線段。
3.提出問題，請說明振子在某時刻的位移與在某段時間內(nèi)的位移的區(qū)別？
在學(xué)生回答基礎(chǔ)上補(bǔ)充回答：振子在某時刻的位移方向總是背離平衡位置．如圖所示，振子在AA′之間振動，O為平衡位置，t1時刻振子在M點(diǎn)的位移為xM，t2時刻振子在N點(diǎn)的位移為xN。
而振子在Δt＝t2－t1時間內(nèi)的位移為xMN，方向如右圖所示．
教師補(bǔ)充：通常說的振子的位移是指某時刻的位移，即振子相對平衡位置的位移。因此在研究振動時，字母x具有雙重含義：它既表示小球的位置(坐標(biāo))，又表示振子在某時刻的位移。
提出問題：怎樣才能得到小球位移與時間的關(guān)系？
1.圖象的建立：用橫坐標(biāo)表示物體運(yùn)動的時間t，縱坐標(biāo)表示振動物體運(yùn)動過程中相對平衡位置的位移x，建立坐標(biāo)系，如圖．
圖像的獲取方式（教師介紹方法，展示實(shí)驗(yàn)視頻）
方法一：手動描圖法
以小球的平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，規(guī)定水平向右為正方向，橫軸為時間 t，縱軸為位移 x。在坐標(biāo)系中標(biāo)出各時刻小球球心的位移，用曲線將其連接在一起，得到振動圖像，如圖所示：
方法二：頻閃照相法
因?yàn)閿z像底片做勻速運(yùn)動，底片運(yùn)動的距離與時間成正比。因此，可用底片運(yùn)動的距離代表時間軸，振子的頻閃照片反映了不同時刻振子離開平衡位置的位移，也就是位移隨時間變化的規(guī)律。
方法三：用傳感器和計算機(jī)描繪圖像
學(xué)生閱讀課文，并將填空部分補(bǔ)充完整
學(xué)生根據(jù)前面的內(nèi)容的填寫回答區(qū)別。
學(xué)生和老師共同總結(jié)實(shí)驗(yàn)步驟，觀看實(shí)驗(yàn)視頻，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)視頻和教師提供器材，完成實(shí)驗(yàn)。
該處要是為學(xué)生準(zhǔn)備知識，為后面的學(xué)習(xí)探究坐下鋪墊。
加深學(xué)生對某時刻位置與某段時間位移的概念。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計對于學(xué)生來說有難度，讓學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，體會用實(shí)驗(yàn)分析問題能力。
三、簡諧運(yùn)動
（一）圖像分析
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：這些圖中畫出的小球運(yùn)動的x—t圖象很像正弦曲線，是不是這樣呢？如何驗(yàn)證？
方法一：正弦函數(shù)代入法
(1)假定所得曲線是正弦曲線，測量它的振幅和周期，寫出對應(yīng)的正弦函數(shù)表達(dá)式；
(2)在圖中選小球若干個位置，用刻度尺在圖中測量縱坐標(biāo)，將每個位移對應(yīng)的振動時間代入表達(dá)式求出函數(shù)值，比較這一函數(shù)值與測量值，看是否相等，若可視為相等，則這條曲線就是正弦曲線。
方法二：計算機(jī)函數(shù)圖像耦合法
在圖中，測量小球在各個位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。把測量值輸入計算機(jī)中，作出這條曲線，看一看小球的位移—時間關(guān)系是否可以用正弦函數(shù)表示。
結(jié)論：彈簧振子沿一直線做往復(fù)運(yùn)動，其軌跡為一直線，而它的振動圖像卻是正弦曲線。
簡諧運(yùn)動
請同學(xué)們于課文總結(jié)什么是簡諧運(yùn)動？
1.定義：如果物體的位移與時間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律，即它的振動圖像（x-t圖像）是一條正弦曲線，這樣的振動是一種簡諧運(yùn)動。簡諧運(yùn)動是最基本的振動。
簡諧運(yùn)動的圖像有什么物理意義？
2.圖象意義:表示一個振子不同時刻所在的位置或者一個振子位移隨時間的變化規(guī)律。
我們能從簡諧運(yùn)動圖像上獲取哪些信息？
3.獲取信息
①任意時刻質(zhì)點(diǎn)的位移的大小和方向。如圖甲所示，質(zhì)點(diǎn)在t1、t2時刻的位移分別為x1和－x2。
②任意時刻質(zhì)點(diǎn)的振動方向：看下一時刻質(zhì)點(diǎn)的位置，如圖乙中a點(diǎn)，下一時刻離平衡位置更遠(yuǎn)，故a此刻向上振動。
③任意時刻質(zhì)點(diǎn)的速度、加速度、位移的變化情況及大小比較：看下一時刻質(zhì)點(diǎn)的位置，判斷是遠(yuǎn)離還是靠近平衡位置，若遠(yuǎn)離平衡位置，則速度越來越小，加速度、位移越來越大，若靠近平衡位置，則速度越來越大，加速度、位移越來越小，如圖乙中b，從正位移向著平衡位置運(yùn)動，則速度為負(fù)且增大，位移、加速度正在減小，c從負(fù)位移遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動，則速度為負(fù)且減小，位移、加速度正在增大。
學(xué)生嘗試回答驗(yàn)證小球運(yùn)動圖像是否是正玄曲線的辦法。
學(xué)生根據(jù)自己實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶點(diǎn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)曲線是否是正弦函數(shù)。然后可以得出結(jié)論。
學(xué)生閱讀課文思考問題。
學(xué)生嘗試回答問題。
學(xué)生根據(jù)圖象嘗試回答問題。并與其他同學(xué)交流。
學(xué)會多渠道分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
鍛煉學(xué)生閱讀并提取信息能力。
進(jìn)一步理解圖像的物理意義。
鍛煉學(xué)生讀圖能力。
課堂總結(jié)
動量定理的應(yīng)用
板書設(shè)計
第1節(jié) 機(jī)械振動
作業(yè)設(shè)計
作業(yè)分為兩塊，一是課堂練習(xí)，旨在對本堂課學(xué)習(xí)中動量的概念和實(shí)驗(yàn)思路進(jìn)行檢測，一是分層練習(xí)，分層次的訓(xùn)練學(xué)生對知識的掌握情況。
教學(xué)反思與評價
此次教學(xué)中，我主要采用了課堂講授、互動探究和組織討論等教學(xué)方法，以及設(shè)計實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、引導(dǎo)學(xué)生自行探究和總結(jié)規(guī)律等方法。這些教學(xué)方法能夠更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心，提高學(xué)生的主動性和參與性。除此之外，我還加強(qiáng)了與學(xué)生之間的互動，讓課堂變得更加活躍有趣。
在教學(xué)過程中，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生對單自由度諧振動的概念和運(yùn)動規(guī)律的理解較為困難，需要反復(fù)講解并加以引導(dǎo)。同時，學(xué)生對阻尼振動和強(qiáng)迫振動的特征和規(guī)律掌握程度也不夠，需要更細(xì)致地講解并加強(qiáng)練習(xí)。教學(xué)中，我需要不斷地加強(qiáng)思考和總結(jié)，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，幫助學(xué)生更好地掌握物理知識。

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1 簡諧運(yùn)動

版本： 人教版 (2019)

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