高二物理 新人教版 選擇性必修一 《簡諧運動的回復(fù)力和能量》教學(xué)設(shè)計

1、新人教版選擇性必修一 第二章第三節(jié)簡諧運動的回復(fù)力和能量教學(xué)設(shè)計深圳市寶安中學(xué)（集團） 段越瑩教學(xué)設(shè)計思路：學(xué)習(xí)簡諧運動的回復(fù)力和能量時，學(xué)生們已對簡諧運動有了一定的了解，關(guān)鍵是如何理解簡諧運動的回復(fù)力的特點及來源，以及簡諧運動中各物理量的變化規(guī)律?？紤]到學(xué)生的認知基礎(chǔ)及本節(jié)內(nèi)容的重要性和認知難度，這節(jié)課需要一課時，重點放在簡諧運動的回復(fù)力的特點及來源以及簡諧運動的能量特點。新課改的核心是“以人為本”、“以學(xué)生的發(fā)展為本”，強調(diào)在教學(xué)中滲透物理核心素養(yǎng)，倡導(dǎo)學(xué)生合作參與、主動探究體驗過程，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。本節(jié)課教學(xué)過程中突出強調(diào)，讓學(xué)生充分發(fā)揮其自主能動性，并認為在課堂教學(xué)中學(xué)

2、生對知識、技能的獲得及隨之產(chǎn)生的能力提高、興趣激發(fā)和個性發(fā)展都是學(xué)生對教學(xué)活動積極參與的結(jié)果。教學(xué)活動中通過讓學(xué)生參與解決問題，自主地探究簡諧運動中各物理量的特點，充分顯示出學(xué)生的“主體”作用。教師的作用是對學(xué)生的這種參與進行啟發(fā)、誘導(dǎo)、調(diào)整、激勵，是教學(xué)的組織者、合作者和參與者，重在幫助學(xué)生進一步理解簡諧運動的回復(fù)力和能量。教學(xué)目標：1、理解簡諧運動的運動規(guī)律，掌握在一次全振動過程中位移、回復(fù)力、加速度、速度變化的規(guī)律。2、對水平的彈簧振子，能定量地說明彈性勢能與動能的轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，對學(xué)生進行物質(zhì)世界遵循對立統(tǒng)一規(guī)律觀點的滲透。教學(xué)重點：1、簡諧運動的回復(fù)力特征及相關(guān)物理量的變化

3、規(guī)律。2、對簡諧運動中能量轉(zhuǎn)化和守恒的具體分析。教學(xué)難點：1、物體做簡諧運動過程中位移、回復(fù)力、加速度、速度等變化規(guī)律的分析總結(jié)。2、簡諧運動中能量的轉(zhuǎn)化。教學(xué)方法：多媒體模擬展示、討論與歸納、推導(dǎo)與列表對比。教學(xué)流程圖：復(fù)習(xí)舊知、復(fù)習(xí)舊知、導(dǎo)入新課觀看簡諧運動模擬動畫，思考分析得出回復(fù)力的定義、方向、特點、來源、運動學(xué)特征再次觀看簡諧運動模擬動畫，分組討論分析得出簡諧運動中各物理量的變化規(guī)律師生共同分析得出簡諧運動的能量特點課堂小結(jié) 教學(xué)過程:教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖第一階段復(fù)習(xí)回顧導(dǎo)入新課前面兩節(jié)課我們學(xué)習(xí)了簡諧運動的規(guī)律，學(xué)習(xí)了哪些呢？這些都是從運動學(xué)的角度研究的簡諧運動，那么物

4、體簡諧運動時，所受合力有何特點呢？今天我們將從另外一個角度-動力學(xué)角度研究簡諧運動，并從能量觀點加深對簡諧運動的認識。【板書】簡諧運動的回復(fù)力和能量思考回答：簡諧運動的定義，物理量：振幅、相位、周期（頻率）及圖像復(fù)習(xí)回顧舊知，提出問題，引入新課第二階段新課教學(xué)自主學(xué)習(xí)問題探究實踐演練第二階段新課教學(xué)自主學(xué)習(xí)問題探究實踐演練第二階段新課教學(xué)自主學(xué)習(xí)問題探究實踐演練第二階段新課教學(xué)自主學(xué)習(xí)問題探究實踐演練第二階段新課教學(xué)自主學(xué)習(xí)問題探究實踐演練【課件展示】簡諧運動的回復(fù)力（問題探究）1. 簡諧運動的回復(fù)力【情境1】光滑水平面上有根輕彈簧，一端固定，一端與質(zhì)量為m的物體相連。當物體被拉離平衡位置釋放

5、后，物體會做簡諧運動。為什么這個物體會做這種運動呢？板書：畫出小球從O到B點，B點回到O點，O到A點，A點回到O點時，小球受到的力。通過板書作圖，引導(dǎo)學(xué)生定格分析在不同時刻的位移方向及受力，進一步引導(dǎo)學(xué)生分析這個力的特點。引導(dǎo)學(xué)生分析得出：物體做機械振動時，一定受到指向中心位置的力，這個力的作用總能使物體回到中心位置，我們把這個力叫做簡諧運動的回復(fù)力。課件展示：定義：使振子回到平衡位置的力方向：始終指向平衡位置回復(fù)力是按效果命名的力2. 簡諧運動的動力學(xué)特點【情境2水平方向彈簧振子】問題：物體做簡諧運動時，所受的力有什么特點？與學(xué)生一起對水平彈簧振子的彈力進行分析，得出結(jié)論：小球所受的力F與彈

6、簧的伸長量x成正比，即.強調(diào)負號的含義：力的方向總與位移方向相反?！厩榫?豎直方向彈簧振子】動畫展示豎直方向上的彈簧振子的運動，引導(dǎo)學(xué)生思考分析。師生共同分析得出：如果物體所受的力具有的形式，物體就做簡諧運動。課件展示：簡諧振動的另一種表述：如果質(zhì)點所受的回復(fù)力與它偏離平衡位置的位移大小成正比，并且總是指向平衡位置 (即與位移方向相反)，質(zhì)點的運動就是簡諧運動.即：回復(fù)力滿足的運動就是簡諧運動教師強調(diào)：對一般的簡諧運動，由于回復(fù)力不一定是彈簧的彈力，所以k不一定是勁度系數(shù)，而是回復(fù)力與位移的比例系數(shù)。3. 簡諧運動的兩種證明方法方法一：動力學(xué)特征：方法二：運動學(xué)特征：例題1：一個振動，如果回復(fù)

7、力與偏離平衡位置的位移成正比而且方向與位移相反，就能判定它是簡諧運動。請你據(jù)此證明：把下圖中傾角為 的光滑斜面上的小球沿斜面拉下一段距離，然后松開，小球的運動是簡諧運動。例題2：光滑圓弧面上有一個小球，把它從最低點移開一小段距離，放手后，小球以最低點為平衡位置左右振動(如圖)總結(jié)：1. 物體沿直線振動時回復(fù)力就是合力；沿圓弧振動時回復(fù)力是合力在圓弧切線方向上的分力。2. 物體做簡諧運動到平衡位置時，回復(fù)力為零，但合力可能不為零.4. 簡諧運動回復(fù)力來源師生再次分析課件上的三個例子中的回復(fù)力?？偨Y(jié)：回復(fù)力來源：物體在振動方向上的合力。5. 簡諧運動中力與運動的分析觀察振子從AOBOA的一個循環(huán)，

8、這一循環(huán)可分為四個階段：AO、OB、BO、OA，分析在這四個階段中上述各物理量的變化，并將定性分析的結(jié)論填入表格中。分析：彈簧振子由AO的變化情況分步討論彈簧振子在從AO運動過程中的位移、回復(fù)力、加速度、速度、動能、勢能和總能量的變化規(guī)律。從A到O運動中，位移的方向如何?大小如何變化?由A到O運動過程中，位移方向由OA，隨著振子不斷地向O靠近，位移越來越小。從A到O運動過程中，小球所受的回復(fù)力有什么特點?小球共受三個力：彈簧的拉力、桿的支持力和小球的重力，而重力和支持力已相互平衡，所以回復(fù)力由彈簧彈力提供。所以從AO過程中，據(jù)胡克定律得到：物體所受的合力變小，方向指向平衡位置。從A到O運動過程

9、中，振子的加速度方向如何?大小如何變?據(jù)牛頓第二定律得，小球從A到O運動過程中，加速度變小，方向指向平衡位置。從AO過程中，速度方向如何?大小如何變化?因為物體的速度方向與運動方向一致，從C到O運動過程中，速度方向是從A O。隨著振子不斷地向O靠近，彈簧勢能轉(zhuǎn)化為動能，所以小球的速度越來越大。從AO過程中，動能大小如何變化?動能是標量，從A O，大小變化是越來越大。從A O過程中，勢能大小如何變化?勢能是標量，從A O，大小變化是越來越小。從A O過程中，總能量大小如何變化?教師巡視，檢查討論情況，及表格填寫是否正確。AAOOOBBBOOOA位移回復(fù)力加速度速度問題：做簡諧運動的物體，在運動過

10、程中，加速度是如何變化的？總結(jié)：1. 簡諧運動的加速度 a 總與位移的大小成正比，方向與位移的方向相反2. a 與 F 的變化規(guī)律相同，簡諧運動是一種變加速的往復(fù)運動二、簡諧運動的能量【情境4】問題：在簡諧運動過程中，振子能量變化如何？教師需要做知識鋪墊：彈簧振子的運動與能量的關(guān)系學(xué)生填寫以下表格：從AO的過程中，動能_，勢能_；從OB，動能_，勢能_；從BO，動能_，勢能_；從OA，動能_，勢能_；在平衡位置，動能_，勢能_；在最大位移處，動能_，勢能_；在一個周期內(nèi)動能和勢能大小做_次周期性變化。教師提問：問題1：簡諧運動的機械能大小跟什么因素有關(guān)？振幅還是頻率？問題2：不考慮阻力，水平彈

11、簧振子振動過程中只有什么做功？在任意時刻的動能和勢能之和怎樣？總結(jié)：只要沒有能量損耗，簡諧運動的振幅保持不變，它將永不停息地振動下去，因此簡諧運動又稱為等幅振動。課件展示：簡諧運動的能量 教師提問：不同的彈簧，做相同振幅的水平簡諧運動，其能量相同嗎？水平彈簧振子的簡諧運動中，能量除了與振幅有關(guān)外，還有什么因素有關(guān)？總結(jié)：簡諧運動的兩個特殊位置最大位移處，平衡位置處練習(xí)：1. 在簡諧運動中，振子每次經(jīng)過同一位置時，下列各組中描述振動的物理量總是相同的是（ ） A速度、加速度、動能 B加速度、回復(fù)力和位移 C加速度、動能和位移 D位移、動能、回復(fù)力2. 如圖是質(zhì)點做簡諧振動的圖像，由此可知 At=

12、0時，質(zhì)點的位移、速度均為零 Bt=1s時，質(zhì)點的位移為正向最大，速度為零，加速度為負向最大 Ct=2s時，質(zhì)點的位移為零，速度為負向最大值，加速度為零 D質(zhì)點的振幅為5cm，周期為2s觀看模擬動畫思考分析給定四個位置的位移方向及受力情況，進一步分析這個力的特點，得出回復(fù)力的定義、方向、特點。自主探究，思考分析簡諧運動中回復(fù)力與位移的關(guān)系觀看視頻，分析豎直方向上的彈簧振子的運動，思考討論思考討論再次觀看模擬動畫，分組合作探究，討論分析，振子從AOB各物理量的變化，并將定性分析的結(jié)論填入表格中。分組合作探究討論思考分析振子從OB，的運動情況，填寫表格總結(jié)得結(jié)論總結(jié)歸納，簡諧運動的能量特征。引發(fā)思

13、考激發(fā)探究積極性，增強同學(xué)的分析歸納能力通過引導(dǎo)學(xué)生對彈簧振子受力分析來總結(jié)得出簡諧運動的回復(fù)力的來源得出簡諧運動的動力學(xué)特征思考課堂實踐演練，鞏固所學(xué)知識進行由淺入深，循序漸進的啟發(fā)式教學(xué)，激活同學(xué)內(nèi)在的求知欲，引導(dǎo)同學(xué)積極思考，合作探究。通過簡諧運動的各 物理量的分組合作探究分析得出正確結(jié)論，突出重點，突破難點，達到教學(xué)目的。讓學(xué)生在分析中明確簡諧運動中系統(tǒng)的機械能守恒課堂小結(jié)本節(jié)課學(xué)習(xí)了簡諧運動的動力學(xué)特征和簡諧運動的能量。簡諧運動是在與位移大小成正比，并且方向總指向平衡位置的回復(fù)力作用下的振動。做簡諧運動的質(zhì)點，回復(fù)力總滿足F=-kx的形式。式中k是比例常數(shù)。簡諧運動系統(tǒng)的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機械能守恒。同學(xué)概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容；同學(xué)代表總結(jié)發(fā)言；其他同學(xué)再討論. 放開手，讓學(xué)生自己總結(jié)，從而構(gòu)建他