23簡諧運動的回復(fù)力和能量教學(xué)設(shè)計-高二上學(xué)期物理人教版選擇性

課題《2.3簡諧運動的回復(fù)力和能量》年級高二科目物理課時安排1課時課標(biāo)解讀課標(biāo)摘要本節(jié)內(nèi)容屬于人教版選擇性必修一模塊中“機械振動與機械波”主題，《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)能根據(jù)現(xiàn)實生活中的振動或擺動的特點,建構(gòu)簡諧運動、單擺等物理模型。能運用這些模型分析問題,通過推理得到結(jié)論,對相關(guān)現(xiàn)象作出解釋。會用系統(tǒng)的思想和守恒的思想分析物理問題。能恰當(dāng)使用證據(jù)說明自己的觀點，質(zhì)疑他人的觀點。能從運動定律、動量守恒、能量守恒等不同角度思考物理問題?！闭n標(biāo)分析根據(jù)課標(biāo)，通過本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)不僅要讓學(xué)生明確簡諧運動的受力特征，還要學(xué)生能夠通過分析、論證來判定相應(yīng)情境中的運動是否是簡諧運動，彈簧振子的簡諧運動是機械能守恒的又一典型例子，培養(yǎng)學(xué)生從多角度、綜合地思考物理問題。教材（內(nèi)容）解析本節(jié)內(nèi)容位于人教版選擇性必修第一冊第二章第一節(jié)，前有“簡諧運動”以及“簡諧運動的描述”、后有“單擺”。其前面兩節(jié)內(nèi)容主要是對簡諧運動的運動學(xué)特征進行觀察、描述，但都是以彈簧振子為模型，情境比較單一；本節(jié)內(nèi)容通過分析、歸納得到了簡諧運動的動力學(xué)特征，使的簡諧運動這一運動模型可以用于更多的實際情境，也為下一節(jié)“單擺”的分析提供理論基礎(chǔ)，在“大單元”中有承上啟下的作用。教材利用水平彈簧振子以問題的形式引入——在做簡諧運動的過程中，小球的受力滿足什么特點？接下來結(jié)合一般簡諧運動的速度變化情況、牛頓第二定律得到簡諧運動的普遍受力特點——總受到一個指向平衡位置的力，并提出“回復(fù)力”的概念。又以彈簧振子為例，說明其回復(fù)力F=kx，并將該結(jié)論直接用于一般的簡諧運動。雖然提及F=kx這一公式可以通過理論得到證明，但并沒有在教材上給出證明過程，這是由于數(shù)學(xué)求導(dǎo)相關(guān)知識現(xiàn)在還沒有學(xué)到，教學(xué)時應(yīng)該結(jié)合本校相應(yīng)學(xué)科教學(xué)進度合理安排。對于“簡諧運動的能量”這部分內(nèi)容，教材以水平彈簧振子為例，用表格歸納其各個量的變化情況，并說明其機械能守恒并提出“簡諧運動是一個理想化模型”、“彈簧振子振幅越大，機械能越大”。教材在“練習(xí)與應(yīng)用”部分，主要對判斷與證明物體所做運動是否為簡諧運動、簡諧運動中各物理量的分析進行練習(xí)。學(xué)情分析設(shè)計理念大單元教學(xué)教學(xué)目標(biāo)一、物理觀念通過對簡諧運動受力情況、能量變化情況的分析，能知道“簡諧運動的回復(fù)力F=kx”、“彈簧振子的機械能守恒”，發(fā)展完善“相互作用觀”、“能量觀”；

二、科學(xué)思維通過結(jié)合牛頓第二定律以及簡諧運動xt圖分析得到簡諧運動的合力特征，能恰當(dāng)利用歸納推理得到結(jié)論，發(fā)展科學(xué)推理能力；“通過證明木筷的運動為簡諧運動，能恰當(dāng)利用演繹推理得到結(jié)論，發(fā)展科學(xué)推理、論證能力；通過分析水平彈簧振子的受力情況、能量情況，能恰當(dāng)利用歸納推理得到結(jié)論，發(fā)展科學(xué)推理能力；通過機械能守恒的條件在彈簧振子運動中的應(yīng)用，能恰當(dāng)利用演繹推理得到結(jié)論，發(fā)展科學(xué)推理能力；科學(xué)探究通過對簡諧運動的受力特點的推理、歸納，能得到簡諧運動的受力特征，提升科學(xué)探究的能力；

通過對木筷運動特點的觀察、分析、論證，能判斷木塊的運動類型，提升科學(xué)探究的能力；

四、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過對簡諧運動動力學(xué)特征的探究過程以及對木筷運動性質(zhì)的分析以及證明過程，能對問題保持嚴(yán)謹、科學(xué)的態(tài)度，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。重點難點重點：1.簡諧運動受力特點的分析以及應(yīng)用；2.判斷以及證明物體的運動是否為簡諧運動；3.簡諧運動的能量特點的分析以及應(yīng)用；難點：判斷以及證明物體的運動是否為簡諧運動；教學(xué)方法與策略實驗法、問題驅(qū)動法、多媒體教學(xué)教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)活動及意圖新課引入【教師活動】演示豎直彈簧振子的運動、雙彈簧振子的運動、水中的木塊的起伏，提出問題——這些運動都是簡諧運動嗎？引出主題：簡諧運動的受力特征?！緦W(xué)生活動】觀察實驗現(xiàn)象?！驹O(shè)計意圖】通過演示實驗引入主題、增加學(xué)生對相關(guān)模型的感性認知，為后續(xù)的分析做好準(zhǔn)備，同時也是科學(xué)探究中的“提出問題”的環(huán)節(jié)。概念建立【教師活動】提出問題，引導(dǎo)學(xué)生對簡諧運動的xt圖像進行分析，引導(dǎo)學(xué)生推理、歸納其受力特征，并定義回復(fù)力、說明其效果?！緦W(xué)生活動】分析簡諧運動xt圖像中x、v、a、F合的方向，歸納總結(jié)出F方向的特點、結(jié)合問題理解回復(fù)力【設(shè)計意圖】從一般的簡諧運動xt圖結(jié)合牛頓第二定律分析得到一般簡諧運動的受力特點——所受力總想要把它拉回平衡位置，并提出回復(fù)力這一概念、說明其特點方向——總由該位置指向平衡位置?；犹骄俊窘處熁顒印恐笇?dǎo)學(xué)生對做簡諧運動的水平彈簧振子進行受力分析、對學(xué)生進行分工，引導(dǎo)學(xué)生分析出該簡諧運動回復(fù)力的特點（包含大小、方向）：F=kx，并說明其中k、x的含義；指導(dǎo)學(xué)生對做簡諧運動的豎直彈簧振子進行受力分析，驗證其是否滿足F=kx這一規(guī)律，對這一條件對于簡諧運動的普適性進行說明。通過提問強調(diào)其中x的含義與胡克定律中x的含義有什么不同。歸納分析的一般步驟；指導(dǎo)學(xué)生對于沒有彈簧的系統(tǒng)——水中振動的木筷進行受力分析，按照歸納出的步驟進行分析，判斷其中木塊的運動是否為簡諧運動，并再次引導(dǎo)學(xué)生區(qū)分F=kx中的k與胡克定律中的k的區(qū)別。【學(xué)生活動】對給出的做簡諧運動的水平彈簧振子各狀態(tài)進行受力分析，觀察、歸納其受力特點——F=kx；對做簡諧運動的豎直彈簧振子進行受力分析，再次得到F=kx這一規(guī)律，并將這一規(guī)律推廣到一般的簡諧運動；對水中振動的木筷進行受力分析，能按照常規(guī)步驟分析、判斷其中木筷的運動是否為簡諧運動，再次認識F=kx中的k的含義并清楚它與彈簧勁系數(shù)k的區(qū)別與聯(lián)系?！驹O(shè)計意圖】分別分析做簡諧運動的水平彈簧振子、豎直彈簧振子的受力特點，并歸納規(guī)律，將其推廣到一般的簡諧運動并應(yīng)用與木筷的上下振動這一生活情景。由于學(xué)生在第一節(jié)已經(jīng)學(xué)習(xí)過相關(guān)模型的運動特點，利用水平彈簧振子、豎直彈簧振子歸納有利于降低難度；對木筷振動進行分析可以在聯(lián)系實際情景的同時，避免學(xué)生思維定勢，將簡諧運動推廣到彈簧振子以外的更廣的情景。綜合分析【教師活動】通過表格和提問，引導(dǎo)學(xué)生對簡諧運動的能量進行分析【學(xué)生活動】對簡諧運動各位置的能量進行分析，尋找規(guī)律。并聯(lián)系功能關(guān)系對規(guī)律進行再一步確認?！驹O(shè)計意圖】從能量的角度對簡諧運動進行分析，使學(xué)生知識體系更加完善?？偨Y(jié)歸納【教師活動】引導(dǎo)學(xué)生歸納，并對學(xué)生歸納進行補充。以思維導(dǎo)圖的形式展現(xiàn)本節(jié)內(nèi)容?！緦W(xué)生活動】回憶、歸納本節(jié)內(nèi)容。【設(shè)計意圖】加深學(xué)生對知識點的記憶、整理各知識的聯(lián)系。作業(yè)設(shè)計作業(yè)內(nèi)容設(shè)計意圖一、鞏固練習(xí)（必做）：1.判斷并證明：以下情景中將小球拉離平衡位置一段距離，然后釋放，小球所做運動是否為簡諧運動（不計一切摩擦）。2.做簡諧運動的物體經(jīng)過A點時，加速度的大小是2m/s2，方向指向B點;當(dāng)它經(jīng)過B點時，加速度的大小是3m/s2，方向指向A點。若AB之間的距離是10cm，請確定它的平衡位置。3.如圖為某物體做簡諧運動的圖像，在0～1.5s范圍內(nèi)回答下列問題。（1）哪些時刻物體的回復(fù)力與0.4s時的回復(fù)力相同?（2）哪些時刻物體的速度與0.4s時的速度相同?（3）哪些時刻的動能與0.4s時的動能相同?（4）哪段時間的加速度在減小?（5）哪段時間的勢能在增大常見模型變式，避免定勢思維，鞏固知識及方法.與上一節(jié)簡諧運動的對稱性相聯(lián)系綜合分析簡諧運動中各個物理量的情況二、思維拓展（選做）(1)在課堂上我們已經(jīng)證明“粗細均勻的一根木筷，下端繞幾圈鐵絲，豎直浮在較大的裝有水的杯中（圖2.33)。把木筷往下壓一段距離后放手，木筷就在水中上下振動