高中物理-《简谐运动》教学设计

高中物理-《简谐运动》教学设计

一、教学内容分析

简谐运动是高二物理第十一章机械振动第一节内容,也是本章的重点内容；本节内容是在学生学习了运动学、动力学及功和能的知识后而编排的,是力学的一个特例。机械振动是一种比较复杂的机械运动形式,对它的研究为以后学习电磁振荡、电磁波和光的本性奠定了知识基础。此外,机械振动的知识与人们的日常生活、生产技术和科学研究有着密切的关系,因此学习这部分知识有着广泛的现实意义。

简谐运动是匀速直线运动、匀变速直线运动和匀速圆周运动之后学生接触的又一种运动类型,从局部来看,简谐运动是变加速直线运动,从整体来看,简谐运动同匀速圆周运动一样是一种周期运动。因此,简谐运动是以往所学知识的一次大综合,它的运动是比较复杂的。同时简谐运动又是后面学习“波动”的基础。因此,学好简谐运动,掌握它的运动特点,搞清楚它与其它运动的联系与区别是非常重要的。

二、教学对象分析

刚升入高二的学生思维具有单一性、定势性,他们习惯于分析恒力作用下物体的单程运动,对振动过程的分析,学生普遍会感到有些困难,因此对变力作用下来回运动的振动过程的多量分析成为本节的教学难点。教学时要密切联系旧有的知识,引导学生利用演示和讲解,把突破难点的过程当成巩固和加深对旧有知识的理解应用过程,当成培养学生分析能力的过程,从而全面达到预期的教学目的和要求。

目前,学生学习物理的兴趣正在从直观—因果一概括认识转化,他们的思维也正在从形象向抽象转移,所以教学中通过演示使学生观察到振动的特点,运用类比引导学生建立理想模型,指导学生讨论振动中各物理量的变化规律,归纳出产生振动的原因,使学生全面理解教材。因此,这节课可采用综合运用直观演示、讲授、自学、讨论并辅以电教手段等多种形式的教学方法。教学中,加强师生间的双向活动,启发引导学生积极思维。由于本节内容中,要研究的物理量较多,教学容量大,教师要严格控制教学进度,顺利完成本节课的教学任务。

三、教学设计思想及策略

本节的特点之一是,第一次研究变力作用下产生变加速度的运动,这有助于学生对加速度概念的

理解和对变速运动的深入理解；特点之二是,没有使用简练概括的数学语言,而是用定性的文字语言来叙述和分析比较复杂的物理现象；特点之三是,又一次引入了新的物理模型“弹簧振子”,再次对学生进行科学方法的熏陶。

如果能抓住简谐运动中的各物理量的变化规律,也就把握了复杂的机械振动的要领。所以在本节的教学中,采用互动课程教学模式,让学生动手实验找寻、分析各物理量的变化规律和特点作为教学的重点,充分发挥教师的主导作用,使学习的主体一一学生能理解和掌握简谐运动的振动规律。

四、教学目标及教学重点、难点

五、教法学法

实验演示和多媒体辅助教学,启发式的讲授课

六、教学用具和课时安排

水平弹簧振子、竖直弹簧振子、单摆、DIS实验系统。1课时。

七、教学过程

（一）情景引入

振动是自然界中普遍存在的一种运动形式,生活中随处可见,大家能举几个常见的例子吗？

微风中树枝的颤动、心脏的跳动、钟摆的摆动、声带的振动……这些物体的运动都是振动。请同学们观察几个振动的实验,注意边看边想：物体振动时有什么特征？

【演示】（1）单摆

（2）水平弹簧振子

（3）竖直弹簧振子

提问：这些物体的运动各不相同：运动轨迹是直线的、曲线的；运动方向水平的、竖直的；物体各部分运动情况相同的、不同的……它们的运动有什么共同特征？

学生讨论、回答。教师注意提示学生将这种运动形式与以前学过的直线运动、圆周运动区别开来,然后总结,这些物体的运动总是在“某个中心位置”附近展开的, 我们把这个位置称为“平衡位置”（此时“平衡位置”这个概念可以稍微模糊一些）,把物体在某个平衡位置附近所作的往复运动叫做机械振动。

（二）新课教学

板书：物体在某一中心位置两侧所做的往复运动叫机械振动。

设问：一个物体为什么会做机械振动呢？也就是说机械振动的原因是什么？

【活动】请同学们分析一个振动物体在几个状态下的受力,并分析归纳,得出结论。当物体由于某些原因偏离了平衡位置就会振动起来,可以分析得到：当物体偏离了中心位置时受到方向指向中心位置的力,这个力使物体回到中心位置。在物理学中我们按照这个力的效果把它命名为：回复力。

板书：机械振动的原因——回复力使振子回到平衡位置

提问：回复力与以往学过的什么力比较类似？有哪些地方类似？

回答：圆周运动的向心力。都是以效果来命名的力。向心力是物体作圆周运动的原因。（可以是一个力或几个力的合力来充当,也可以是某个力的分力来充当,方向上都是始终指向某一位置）生活中的振动现象很多,有的复杂,有的简单

【活动】比较声振动的图像与简谐振动的图像。

比较两种振动的难易程度。我们从最简单的情况入手进行研究,研究最简单的机械振动：简谐振动。

【演示】水平弹簧振子。

请同学们想象一下,如果完全没有阻力,振子的振动将会怎样？——将持续振动更长的时间。引导学生建立理想模型——弹簧振子。

老师小结：弹簧振子可以有各种不同的外观,但都是一个不考虑摩擦阻力,不考虑弹簧的质量,不考虑振子的大小和形状的理想化的物理模型。（注意物理方法——理想模型的建立）板书：实例：弹簧振子（理想模型）

【演示】弹簧振子

当振子静止在O点时,受到哪些力作用？振子处于什么状态？将振子拉到A点,然后释放,振子将从A点回到O点,然后冲向B点,接着又乖乖地从B点回到O点,再由O点冲向A点,之后将重复以上运动,往复不断,振子围绕着O点作振动,O点即是它的平衡位置。振子从A点出发,到再次回到A点,我们说它完成了一次全振动。振动的质点从某一位置出发再次回到该位置,并保持与出发时相同运动的过程称为全过程。

板书：全振动：A→O→B→O→A

接下来请同学们观察一下在一次全振动中,振子的哪些物理量在发生变化？

【活动】学生分组讨论完成下表：教师利用多媒体演示归纳总结。

根据上表,并通过分析振子所受回复力,指出各物理量之间又什么关系？

从方向上看：回复力始终与振子离开平衡位置的位移的方向相反,即指向平衡位置O点。从大小上看：对于弹簧振子来说,这个力即是弹簧对振子的弹力,它的大小与弹簧的形变量,即振子离开平衡位置的位移成正比。F＝－kx（负号表示力与位移的方向相反,k是比例系数,对弹簧振子来说即劲度系数。）

思考：振子在中心位置处回复力为多少？回复力为零,因此我们也把中心位置叫做平衡位置。x 是振子对平衡位置的位移,K是一个常数,对弹簧振子来说,就是弹簧的劲度系数。

由此可见,振子是在大小与位移成正比,方向始终指向平衡位置的回复力作用下的振动,我们把这种振动称为是简谐运动。

板书：简谐运动物体在跟位移大小成正比,并且总是指向平衡位置的回复力作用下的运动叫