2.3简谐运动的回复力和能量（教学设计）高二物理（人教版2019选择性）

2.3简谐运动的回复力和能量教学设计备课人学科物理课题2.3简谐运动的回复力和能量教学内容分析在前两节从运动学角度定义和描述简谐运动的基础上，本节从动力学角度认识物体做简谐运动的原因并再次定义简谐运动，分析简谐运动中的能量及其变化特点。教材再次以弹簧振子为例，分析回复力F与位移x的关系，从而帮助学生理解最基本、最简单的机械振动——简谐运动的受力特点。之前，学生学习了胡克定律、牛顿运动定律及功能关系，在本章学生又学习了简谐运动的概念及其描述方法，所以本节学习简谐运动的回复力和能量、探究简谐运动的原因应是水到渠成的。学生对动力学的规律比较熟悉，这节课的任务是引导学生把知识和规律运用到新的物理现象中，分析并解决问题。对于振动过程中的能量问题，教材从弹簧形变量的变化和振子速度的变化角度分析势能和动能的变化情况，未要求学生从功能关系角度来推导简谐运动过程中的机械能守恒。对于基础较好的学生，可以从功能关系角度定量分析简谐运动过程中的机械能守恒问题，从能量转化角度，理解简谐运动这一理想化模型。学情分析学生原有知识的分析：学生对简谐运动有了初步认识，能够运用运动学的方法描述简谐运动，能从受力分析的角度解决问题是原的知识储备，知道力是改变物体运动状态的原因，所以在自主学习阶段设计以前学过的几种运动的受力特点引入，是对新知识学习的铺垫。前两节学习了从运动学的角度描述简谐运动，本节课从动力学的角度学习形成强烈的对比，能激发学生学习的兴趣，但是学生对这两个概念还存在模糊认识，所以要从概念上首先让学生明确什么是运动学，什么是动力学。学生对于受力分析并不陌生，但是却一直是个难点，要及时引导学生正确的进行受力分析，从牛顿运动定律解决问题。学生的基础存在差异，所以要照顾大多数同学的实际情况，在同学展示的基础上，教师还要及时进行引导和帮助学生进行总结。教学目标1.会分析弹簧振子的受力情祝，理解回复力的概念。2.认识位移、速度、回复力和加速度的变化规律及相互联系。3.会用能量观，点分析水平弹簧振子动能、势能的变化情况，知道简谐运动中机械能守恒。教学重难点1.教学重点：掌握简谐运动的动力学特征，明确回复力的概念．2.教学难点：理解简谐运动过程中位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况。教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图新课导入（一）简谐运动的受力特点让学生回答力和运动的关系：并展示问题：简谐运动的物体力和运动的关系又是怎样的呢？学生对学生回答的问题进行点评，然后引导学生进一步思考。学生尝试回答问题，并与其他同学交流。温故知新，激发学生求知欲新课教学一、简谐运动的回复力观察弹簧振子的运动，并尝试做出以下8个时刻小球的合力和位移方向？弹簧振子的合力有什么特点？方向：F合的方向总是指向平衡位置，总与位移方向相反。作用效果：F合的作用效果“总想”把小球拉回平衡位置。大小：弹簧振子所受的合力F与振子位移X的大小成正比。（二）简谐运动的回复力请阅读课文，根据上述讨论，总结一下回复力的概念：1.定义:使振子回到平衡位置的力。2.来源：回复力可以是弹力,也可以是其它力(包括摩擦力);可以是某一个力，或几个力的合力,或者某个力的分力.3.大小:F=kx表示回复力方向始终与位移方向相反。4.方向:总是指向平衡位置。5.平衡位置：F回=06.简谐运动的定义的另一种表述：如果质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置,质点的运动就是简谐运动。即回复力满足F=kx的运动就是简谐运动。问题：判断简谐运动的方法有哪些？（1）xt图像为正弦曲线（2）回复力满足F=kx的形式请总结位移大小、速度大小、回复力大小在以下时刻或过程的变化情况？学生做出受力和位移方向，并总结规律。学生回答并交流。学生阅读课文并根据上述讨论问题回答问题，并小组合作完善答案。学生思考并交流。学生思考并交流。培养观察总结问题能力。培养学生总结问题能力和建立模型能力。培养学生合作学习能力帮助学生构建完善的知识体系。帮助学生构建完善的知识体系。二、简谐运动的能量（一）简谐运动的能量弹簧振子的速度是不断变化的，所以它的动能也是不断变化的；弹簧的伸长量和压缩量也是不断变化的，所以它的弹性势能也是不断变化的。那么弹簧振子的能量变化具有什么规律呢？简谐运动是一种理想化的模型。总结简谐运动能量变化特点？1.简谐运动中动能和势能相互转化，但机械能总量不变，即机械能守恒，是理想化模型。2.简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大。kt和Ept及Et图象（二）简谐运动的规律总结简谐运动有哪些规律？（按照以下的提示回答问题）最大位移处：x、F、a、Ep最大，v、Ek为零；平衡位置处：x、F、a、Ep为零，v、Ek最大.关于平衡位置的对称点：（1）x、F回、a大小相同，方向相反；动能、势能相同。（2）v大小相同，方向不一定。（1）相距nT的两个时刻，振子的振动情况完全相同。x、F回、a、v大小相等方向相同，动能和势能相同。（2）相距的两个时刻，振子的振动情况完全相反x、F回、v、a等大反向，动能和势能相同学生思考填写表格并交流。学生总结能量能量变化的特点。学生思考并交流。帮助学生构建完善的知识体系。梳理能量变化情况。帮助学生构建完善的知识体系。课堂总结板书设计第2节简谐运动的描述作业设计作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中动量的概念和实验思路进行检测，一是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。教学反思与评价本节学习的重点是使学生掌握简谐运动的回复力特征及相关物理量的变化规律。回复力的特征是形成加速度、速度、位移等物理量周期性变化的原因。弹簧振子振动形成的原因，一是回复力的特点（总指向平衡位置），二是振子的惯性，这是分析问题的关键。对于竖直的弹簧振子，涉及弹性势能、重力势能、动能三者的变化，不要求从能量的角度对它进行分析。简谐运动是一种理想化模型，实际中发生的振动都要受到阻尼的作用，如果阻尼很小，振动物体受到的回复力大小与位移成正比，方向与位移相反，则物体的运动可以看作是简谐运动，这种将实际问题理想化的方法，应注意让学生体会。本节难点为简谐运动的回复力的特征的掌握和各物理量的变化。对于回复力采用分析，最终得到回复力的定义、方向、特点和来源，对于来源解释的还是稍有欠缺，重点是举例不够，使得学生只是凭空的想象。对于另一个难点各个物理量的变化，我把一个周期分为四个阶段，对各个阶段进行分析，在分析之前先找个物理量之间的关系，在带领着学生分析第一个阶段，剩下三个阶段学生独立完成，后找学生回答。整体比较流畅，但前半节课与学生互动比较少，多用了讲授式教学。后半节课气氛比较活跃，特别是最后一道开放性的题，让学生很有兴趣，能根据自己的思考提出问题，并能回答。特别是几道比较难的题，这是我没有想到的，可见学生的思路是很开阔的，他们想到的问题，有可能老师也没有想到的。从这节课让我知道，始终将学生置于研究者，探索者的位置，让学生