2.1 简谐运动教学设计-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册

学科高中物理课题选择性必修一2.1简谐运动教学内容分析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。

《简谐运动》一节，通过列举生活中的多个实例，通过让学生归纳共同点来引出机械振动的概念；而后运用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型——弹簧振子，研究弹簧振子在理想条件下的振动，从而从运动学的角度认识弹簧振子。通过实验得到弹簧振子的位移-时间图像；再通过数据分析发现弹簧振子的位移-时间图像时正弦函数。简谐运动可以根据运动学和动力学特征分别进行定义，本节根据运动学特征给出了简谐运动的定义。本节的重点时形成简谐运动的概念和认识它的位移-时间图像，难点是弹簧阵子理想化模型的建构和简谐运动位移与时间函数关系的得出。学情分析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。

教学目标通过实验观察，认识机械振动，会运用理想化方法建构弹簧振子模型。通过观察、分析和推理，证明弹簧振子的位移-时间图像是正弦曲线，会用图像描绘曲线运动。经历探究简谐运动规律的过程，能分析数据、发现特点、形成结论。教学重难点教学重点：形成简谐运动的概念和认识它的位移-时间图像。教学难点：弹簧振子理想化模型的构建和简谐运动位移与时间函数关系的得出。教学流程利用创设的生活情境，引导学生分析得出机械振动的概念利用无和有气垫导轨下弹簧小球的运动，引导学生建立弹簧振子的模型通过小组合作探究得到弹簧振子运动的位移时间图像，让学生理解匀速拉动才能得到位移时间图像，从而通过等效的科学方法体会频闪照相的原理猜想简谐运动的位移时间图像是正弦函数通过不同方法验证猜想并得到结论课程内容总结教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图创设情境，引入新课思考生活中的运动实例：上课挥动手臂，扇子扇动，击打身体的按摩捶，蹦极等它们有什么共同特点？学生回答：有往复性，周期性、对称性培养学生观察、思考、总结的能力，从而引出机械振动的概念。弹簧振子位移时间图像的绘制（1）学生观察演示实验：无气垫导轨和有气垫导轨下弹簧小球的运动。现象：无气垫导轨的弹簧小球很快停下。有气垫导轨的小球几乎等幅振动。提出问题：要想让小球完成机械振动需要消除谁的影响？对弹簧和小球有无要求？教师总结：弹簧振子是一种理想化模型，需要满足①忽略摩擦力②忽略弹簧质量③小球看成质点这三个条件借助弹簧振子研究机械运动，我们参考匀变速直线运动的研究方式，研究它的位移-时间图像，在研究之前，要先明确弹簧振子的平衡位置和位移的概念。平衡位置：小球所受合力为零的位置；位移：振动物体的位移x都是相对于平衡位置的位移。以平衡位置为原点，沿着振动方向建立坐标系，规定向右为正，向左为负。提出问题：振子运动很快，我们怎样才能记录下小球的位置呢？小组合作，动手做一做，并画一画吧。（3）提出问题：纸带的运动方向可以代表时间轴的方向，纸带运动的距离满足什么条件就可以代表时间？)频闪照相和手机连拍并展示图片。（5）分组实验：小组合作得到位移时间图像。提出问题：猜想位移时间图像的形状？（1）学生观察演示实验并回答消除摩擦力的影响。需要轻弹簧和体积小的球。（2）学生听讲，分组探究，合作得到图像并展示成果。（3）学生回答：匀速拉动纸带时，纸带移动的距离与时间成正比，纸带拉动一定的距离对应振子振动一定的时间，因此纸带的运动方向可以代表时间轴的方向，纸带运动的距离就可以代表时间。学生分组合作得到位移时间图像，思考并猜想：正弦函数。（1）引导学生将实际问题中的对象和过程转化程理想模型，从而让学生的思维得到提高。（2）通过小组合作，培养学生的语言表达能力、空间想象能力、协同学习的能力和科学的思维能力。（3）引发学生思考，为等效法理解频闪照相的原理做铺垫。学生体验从猜想到验证的科学探究的过程，使学生的认识从感性认识上升到理性认识，得出图像是一条正弦函数。弹簧振子位移时间-图像的证明（1）我们观察到的位移时间图像很像正弦曲线，怎么证明？(2)提出问题:有没有更精确的方法？教师课堂展示拟合法。(3)类比法:利用做匀速圆周运动的小球和弹簧振子的小球为一进行类比，得到正弦关系。（4）问题：通过本节课的探究，请你定义简谐运动。（1）学生阅读课本，分组思考、讨论并进行验证和成果展示。让学生曲感受去经历由特殊到一般，从而得到规律。(3）学生动手自己推导。（4）学生归纳总结简谐运动：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。（1)通过小组合作，培养学生的语言表达能力、协同学习的能力和科学的思维能力。（2）让学生感受从特殊点到一般点的验证。培养学生证据意识和实事求是的科学态度。（3）数形结合,

单位圆应用

,培养学生利用数学知识解决物理问题的能力。（4）从提出物理问题、形成猜想和假设、实验验证、获取和处理信息、到基于证据得出结论。完成科学探究。小试牛刀例题：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（）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ABAB巩固练习：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