教学设计机械振动简谐运动

1、教学设计课题：机械振动简谐运动知识与技能：1、知道什么是机械振动。2、认识弹簧振子，知道其理想化的条件。、3、知道弹簧振子的位移时间图象描绘的方法。4、知道简谐运动的定义和图象。三过程与方法：维 1、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。目 2、经历对简谐运动位移时间图象的探究过程，加深用验证法和拟合标 法描绘振子运动的方法。情感态度与价值观：1、通过用笔振动来模拟弹簧振子的位移时间图象，培养学生动手能力和合作能力。2、通过频闪照相法和 DIS 实验处理问题，体会现代化、信息化的实验在物理课堂中的作用。重形成简谐运动的概念和认识它的位移时间函数图象点难简谐运动位移时间函数

2、关系的建立点课时安1课时排教学 DIS 实验系统、位移传感器、教学课件、多媒体设备、摆钟模型、音叉准 （两个）、弹簧片、气垫导轨、铁架台、白纸等。备教学 阐述、实验演示、图片展示、做一做、 DIS 实验、思考与讨论、问题与方 练习等。式教本节课首先通过身边和实际的例子引出振动的概念；而后按从简单到材复杂、从特殊到一般的思路，从运动学的角度认识弹簧振子，通过演分示和学生动手做得出弹簧振子的图象，猜测图象满足什么数学关系，析再通过 DIS 采集和分析数据，得到弹簧振子的位移时间图象是一条和正弦曲线，从而得到简谐运动的定义，最后回归生活和应用举例，使教学生进一步理解弹簧振子的位移时间图象。学安排导入

3、过程 实验导入演示实验：钟摆模型的摆动，弹簧片的振动、敲击音叉使之发声投影：玩具木马的摆动、小鸟飞离枝头提问：这些运动有什么共同点？设计思想 ：让学生仔细观察这些物体的运动，引导学生分析物体在某位置附近做往复运动，找到机械振动的特点，有利于概念的引出。学生通过有引导、有目的的观察，可以自主归纳出振动的基本特征，掌握机械振动这种运动形式的特点。新课教学 ：教一、机械振动学1、定义：物体（或物体的一部分）在某一中心位置两侧所做的往复运动，就叫做机械振动（振动）过 2、基本特征：“空间运动”的往复性“时间”上的周期性程二、简谐运动导入弹簧振子过程（演示）气垫导轨上滑块的运动设计思想 ：学生观察到滑块

4、一段时间后会停止下来，再假设没有摩擦力，滑块会怎么运动，从实际的运动到模型理想化，得到弹簧振子的理想化条件。1. 弹簧振子：2. 定义：小球和弹簧所组成的系统。理想化条件： 小球看成质点忽略弹簧质量 忽略摩擦力平衡位置：小球原来静止时的位置（演示）水平弹簧振子和竖直弹簧振子的运动设计思想： 通过实际的例子加深对弹簧振子模型的感性认识。2、弹簧振子的位移时间图象位移 x:振动物体的位移x 用从平衡位置指向物体所在位置的有向线段表示。 在平衡位置的右边时位移为正 ，在平衡位置的左边时位移为负。如图一所示，是振子在A、B 位置的位移xA 和 xB 。获得弹簧振子的位移时间图象的方法：（1） 频闪照相

5、法如图二是弹簧振子的频闪照片，频闪仪每隔0.05s 闪光一次，闪光的瞬间振子被照亮，拍摄时底片从下向上匀速运动， 因此在底片上留下了小球和弹簧的一系列的像， 相邻两个像之间相隔 0.05s 。思考与讨论：为什么底片要匀速运动？ 能否从照片上找出小球在某时刻所出的位置？设计思想 ：通过问题的思考，学生可以理解可以用相同的位移表示相同的时间，把不易直接表示的时间用位移直观的表现出来。通过问题的思考可以加强对位移时间图象的理解，找到图象上每个时刻对应小球所处的位置和运动的方向。（2）记录法（演示）在水平弹簧振子的下面安装一只绘图笔，让一条纸带在与小球振动方向垂直的方向上匀速移动，笔在纸带上画出的就是

6、小球的振动图象。（学生分组实验）两人合作，模拟振动曲线的记录装置。一人用铅笔在白纸上振动，另一人匀速拖动白纸。设计思想 ：通过对频闪照相法的理解，学生很快想到应该匀速拉动白纸，类似照相底片，并能理解怎样在拉动方向上表示时间的坐标刻度。能够使学生把理论知识应用到实际的实验中。通过亲手绘制，对位移时间图象有直观的视觉冲击，会记忆更深。（举例）记录法在生活中的应用：心电图仪、绘制地震曲线等。3、简谐运动及其图象设计思想 ：从频闪照片和绘制的位移时间图象猜测满足哪种数学关系（学生立刻看出是正弦函数图象），再顺着学生猜测的结果介绍验证结论的方法。可以培养学生从假设到验证解决问题的方法，增加他们的成就感。

7、验证猜想的方法确定弹簧振子的位移与时间的关系：方法一 验证法：假定此曲线是正弦曲线，用刻度尺测量它的振幅和周期，写出对应的正弦函数的表达式。再选中小球的若干个位置，量出横坐标和纵坐标，代入函数表达式中进行检验，看一看这条曲线是否真的是正弦曲线。方法二 拟合法：测量小球在各个位置的横坐标和纵坐标，把测量值输入计算机中，用数学软件 ( 如几何画板 ) 作出这条曲线，看一看弹簧振子的位移时间图象可以用什么函数表示。方法三 用传感器和计算机描绘（介绍位移传感器测量位移的原理）（演示实验）步骤：将位移传感器（发射）用橡皮筋固定在滑块上，使位移传感器（接收）与之正对； 打开 DIS 实验系统，接通气垫导轨

8、，将滑块放在气垫导轨上，并使之静止，再调零（采集的位移则相对于平衡位置）； 采集滑块约三个来回的数据，关闭气垫导轨，以时间为横轴，位移为纵轴，绘制出位移时间图象； 对图象进行正弦拟合，得到拟合后的位移时间图象（如图三）。设计思想 ：通过对确定弹簧振子的位移与时间的关系方法的逐一介绍，三种方法依次越来越简单、方便，学生能够体会现代化、信息化的实验在课堂中使我们处理问题更加快捷、准确、方便，感受到科学的方法在研究中的作用。结论：弹簧振子的位移时间图象是一条正弦曲线.4、简谐运动的定义：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。简谐运动是最简

9、单、最基本的振动。（举例）简谐运动的实例：音叉的振动、摆钟摆锤的振动等。思考与讨论： 简谐运动的图象就是物体的运动轨迹吗？由简谐运动的图象判断简谐运动属于下列哪一种运动？A、匀变速运动 B 、匀速直线运动C、变加速运动 D、匀加速直线运动（DIS 实验系统）对前面所得到的正弦曲线进行求导， 得到的图象即为简谐运动的速度时间图象（如图四）。引导学生观察图象：求导后的速度时间图象为余弦曲线（相对位移时间图象），振子在平衡位置处位移为零而速度最大，在最大位移处速度为零，通过速度时间图象的斜率可以看出加速度的变化。设计思想 ：通过问题的思考，学生可以认识到位移时间图象和振子运动的区别，避免以后混淆。通

10、过问题的思考可以使学生从图象斜率来分析振子的速度变化，得到简谐运动为变加速运动。学生数学已经学过三角函数和求导的知识，很容易接受此物理图象的数学化处理，再次体会到 DIS 实验在物理课堂中处理问题的方便。练习：某一弹簧振子的振动图象如图所示，则由图象中的信息，回答下列问题：1、振子偏离平衡位置的最大距离为多大？2、在 1s、1.5s 、2s 和 2.5s 这四个时刻，振子的位置在哪里？3、在 0.5s 、 1.5s 、 2.5s 和 3.5s 这 四个时刻，振子向哪个方向运动？4、振子在 2s 末的位移是多少？5、振子在 2s 内走过的路程是多少？设计思想 ：通过定量的计算加深理解图象的意义，同时也为下一节的振幅、周期等概念做准备。一、机械振动：1. 定义：物体在平衡位置附近所做的往复运动。2. 基本特征：对称性；周期。小 二、简谐运动 ：（1）弹簧振子模型： 1. 小球看成质点； 2. 忽略弹簧质量； 3. 忽略摩擦结力。（2）弹簧振子的位移时间图象是一条正弦曲线。（3）简谐运动：1、定义：质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律的振动。2、图象：是一条正弦曲线.布置问题与练习 3、4 题作业教学反思：本节为机械振动的第一节， 学生在学习之前没有相关的知识储备， 所以第一节课以实验及得到分析弹簧振子位移时间图象为主， 没有对相关的物理量做更深入的讲解，如：振动物