人教课标版高中物理选修3-4：《简谐运动》教案-新版

《简谐运动》教学设计【教材分析】本节是人教版选修3-4第十一章《机械振动》第一节《简谐运动》。机械振动是较复杂的机械运动，振动的知识在实际生活中有很多应用（如心电图、核磁共振仪、地震仪、钟摆等），可以使学生联系实际，扩大知识面；同时，也是以后学习波动知识的基础。因此，学好此章内容，具有承上启下的作用。《简谐运动》是《机械振动》这一章中最基本而又最重要的一节，是全章的基础。本节课首先通过学生身边和生活中实际的例子引出振动的概念；而后从简单到复杂、从特殊到一般的思路，从运动学的角度认识弹簧振子，通过手机拍摄频闪照片的方法得出弹簧振子的图象；再通过分析揭示出弹簧振子的位移-时间图象是正弦式曲线，然后从其运动学特征给出了简谐运动的定义，并进一步引导学生认识简谐运动是一种较前面所学的直线运动、曲线运动更复杂的机械运动；最后回归生活和应用举例，使学生知道机械振动是一种普遍的运动形式。【学情分析】现阶段高二的学生已具有运动学和动力学的基本知识，对高中物理的学习要求和方法已具有一定的认识，但在大小和方向都做周期性变化的力的作用下的物体运动还是第一次遇到，对这种运动模式的运动形式没有抽象认识；很难对较为复杂的运动有清晰的认识。为此，如何帮助他们建立合理的简谐运动情景是教学的关键。心理学研究表明，在学生的学习中调动眼、耳、口等各种感觉器官共同参与学习过程，则学习效率将得到极大的提高；而建构主义学习理论所要求的学习环境必须具备的基本要素是“情景创设”、“协商会话”和“信息资源提供”。为此在课堂教学上首先通过实验演示给学生以直观的感受，创设学习的良好情景；再引导学生观察、思考、讨论得出初步的简谐运动规律，然后再次通过观察、思考、讨论得出正确而科学的结论。由此培养学生的观察能力、空间想象能力、协同学习的能力和科学的思维能力，使学生的学习过程变得轻松而高效，并且同步培养学生自主学习的能力，为学生的可持续发展提供必要的训练。【核心素养】通过《简谐运动》的学习过程，让学生经历从生活实例到物理模型的过程，激发学生学习的积极性和主动性，引起应用物理解决实际问题的好奇与向往。【教学目标】（1）知道弹簧振子模型；（2）掌握振子的位移定义，掌握质点运动“位移-时间”图像的物理意义；（3）理解“简谐运动”的定义。（4）掌握用手机连拍功能获得“频闪照片”，并用软件将照片按照时间先后顺序排列，获得图象的方法；（5）通过观察和分析，理解简谐运动的位移-时间图象是一条正弦曲线。（6）经历对简谐运动运动学特征的探究过程，加深领悟用图象描绘运动的方法。【教学重点、难点】1．重点：建立弹簧振子模型、掌握振动图像的获取方式及意义、明确简谐运动的定义。2．难点：掌握振动图像的获取方式及意义。【教学过程及教学设计】教学过程教学设计[引入新课]学生举例：生活中的振动视频展示生活中常见的几个振动请学生举出生活中常见的振动，引导学生善于观察，发现生活中的现象。视频：展示生活中的振动。知道琴弦的振动可以使我们欣赏到优美的音乐，而地震则会给人类带来灾难。知道振动的双刃性，激发学生学习热情。[新课教学]一、机械振动实验演示：水平方向、竖直方向弹簧振子和荡秋千的运动。教师：展示三个运动的flash动画，请同学们观察并总结运动的特点。给出平衡位置的概念，给出机械振动的概念。机械振动：物体在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动，通常简称为振动。创设真实情景，给学生以直观感受。引导学生观察运动的特点。通过观察实验现象，讨论得出结论，引导学生注意和以往所学运动形式的区别。理论联系实际，增强对机械振动的理解。与以前所学内容进行对比，促进学生的思维理想和对二、弹簧振子教师：演示振子的振动，引导学生建立弹簧振子的模型。学生：知道弹簧振子是理想化的模型，观察并思考振子振动的特点。定义：小球和弹簧所组成的系统.条件(理想化)：①小球看成质点②忽略弹簧质量③忽略摩擦力三、弹簧振子的位移—时间图象1.振子的位移x：都是相对于平衡位置的位移，以平衡位置为坐标原点O，规定在O点右边时位移为正，在左边时位移为负。2.获得图像的方法方法一：频闪照片法利用手机连拍功能，拍摄弹簧振子的频闪照片，并且用软件将拍得的照片按照时间先后顺序排列。知识的同化和顺应。实验演示，提供真实情景。实验仪器：弹簧振子掌握科学方法，突出主要矛盾，忽略次要矛盾。动画模拟真实情景，动态展示弹力的变化情况。引导学生观察思考。讨论得出位移的大小、方向，并与以前所学的位移概念进行区别。打开气泵，给气垫导轨充气。拉动弹簧，让弹簧振子振动起来。请学生用手机中照相机的连拍功能，拍摄振子的频闪照片。利用计算机软件，将拍摄的频闪照片按照时间先后顺序排列方法二：描图记录法“火花放电”振动图像描绘仪。用实物投影，展示描绘出的弹簧振子的振动图像3．图像的意义四、简谐运动及其图象1、定义：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。知识拓展：竖直方向弹簧振子的振动是否为简谐运动呢？用手机连拍功能，拍摄频闪照片。请学生观察图像，讨论交流，归纳总结，得出振子的位移随时间的变化规律。让弹簧振子振动起来，打开气源开关和图像开关，通过“火花放电”振动图像描绘仪，将振子的位移随时间的变化图像描绘出来。利用实物投影展示描绘出的振动图像，请学生讨论交流，总结归纳得出振子的位移随时间的变化规律。实验演示，提供真实情景。学生讨论得出结论。结论：弹簧振子的振动图像是一条正弦曲线.学生讨论交流，归纳总结振动图像的物理意义.图像不是振子运动的轨迹图，而是位移随时间的变化图。理解简谐运动的定义，理解简谐运动图象的物理意义，知道生活中的简谐运动实例。2.图象意义：表示一个振子不同时刻所在的位置或者一个振子位移随时间的变化规律。3.生活中的简谐运动的实例简谐运动是最简单、最基本的振动。通过图象的方法来研究振动的规律在实际生活中的应用很多。五、简谐运动图象的应用1．图象反映的是做简谐运动质点的位移随时间的变化规律，是一条正弦曲线，它不是质点的运动轨迹。2．从图象可获取的信息(1)任意时刻质点的位移的大小和方向。(2)任意时刻质点的振动方向。(3)任意时刻质点的速度、加速度、位移的变化情况及大小比较。[课堂练习]1、关于简谐运动，下列说法正确的是()A．简谐运动一定是水平方向的运动B．所有的振动都可以看做是简谐运动C．物体做简谐运动时一定可以得到正弦曲线形的轨迹线D．只要振动图象是正弦曲线，物体一定做简谐运动2、某一弹簧振子的振动图象如图所示，则由图象判断下列说法正确的是（）会用图象的方法判断生活中的振动是否为简谐运动。用手机连拍功能拍摄竖直方向弹簧振子的频闪照片，利用计算机软件，将拍摄的频闪照片按照时间先后顺序排列，学生讨论交流，归纳总结，得出竖直方向弹簧振子的振动也是简谐运动。知道简谐运动是最简单、最基本的振动，物理研究是从简单到复杂的研究思路。掌握用图象来研究振动规律的方法。注重物理知识与实际生活的联系，注重培养学生的物理学科核心素养。会用图像法解决简谐运动的物理问题。简谐运动图象并不是新内容，本质上就是位移—时间图象。在必修一中所学的位移—时间图象知识都可以用。A．振子偏离平衡位置的最大距离为10cmB．1s到2s的时间内振子向平衡位置运动C．2s时和3s时振子的位移相等，运动方向也相同D．振子在2s内完成一次往复性运动3、某弹簧振子的振动图象如图所示，根据图象判断。下列说法正确的是（）A．第1s内振子相对于平衡位置的位移与速度方向相反B．第2s末振子相对于平衡位置的位移为-20cmC．第2s末和第3s末振子相对于平衡位置的位移均相同，但瞬时速度方向相反D．第1s内和第2s内振子相对于平衡位置的位移方向相同，瞬时速度方向相反。[小结][布置作业]质量监测A、B组。通过课堂练习强化本节知识，进一步达成教学目标。学生总结本节课的收获，强化本节知识，培养学生的语言表达能力，总结归纳能力。使学生在学完新知识的同时产生新的问题，带着新的问题走出课堂，便于学生课后的探究自学，有利于学生课后的发展。