1. 简谐运动教学设计案例

《简谐运动》教学设计

成都市第二十中学校

魏玉林

一、教材解读

《简谐运动》是教科版选修3-4第一章第一节，是学习波的入门章节，具有承上启下的作用，既是《机械振动》这一章的基础，也是整个选修3-4模块的基础。

本节教材从观察生活中常见的实例引入，让学生建立起机械振动的概念，接着构建弹簧振子模型，通过观察分析弹簧振子的运动，建立简谐运动的概念。概念建立好后，通过动力学思路和能量转化思路分析简谐运动的规律，学习描述简谐运动的特征量。这节教材，一共安排了三个观察与思考、一个活动和一个讨论交流，充分体现了新课程以学生为主体、通过学生的积极参与、探究、思考来掌握知识形成技能的理念。

通过本节的学习，要让学生知道什么是机械振动，建立起简谐运动的概念，发现和掌握简谐运动的规律，理解振幅、周期和频率等描述简谐运动的特征量的含义，认识到简谐运动过程中系统的总机械能守恒。由于教学目标和教学内容较多，根据教学实际情况，本节内容分为两课时：第一课时让学生建立起机械振动和简谐运动的概念，理解振动中的平衡位置、位移和回复力等概念的内涵，掌握一个全振动中回复力、位移、加速度和速度的变化规律，使学生会用动力学的观点分析在周期性外力作用下物体的运动情况。第二课时着重学习描述简谐运动的特征量和简谐运动中的能量转化特点。本文是笔者第一课时的教学设计和反思。

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二、教学目标：

（一）知识与技能

1.知道什么是机械振动，知道机械振动是自然界一种常见的运动形式；

2.理解简谐运动的定义，理解简谐运动中回复力的特点；

3.掌握简谐运动中相对于平衡位置的位移、速度、回复力和加速度的变化规律。

（二）过程与方法

1.通过对弹簧振子模型特点的认识，领会忽略次要因素，抓住主要因素建立理想模型的科学方法；

2.通过对物理现象的观察、分析、讨论和归纳，培养学习物理的科学方法；

3.通过对弹簧振子振动的分析得出简谐运动的一般规律性的结论，培养学生“从个别到一般”的科学思维和概括能力。

（三）情感态度和价值观

1.回复力和惯性这两个矛盾的对立面是维持物体做简谐运动的内因，而阻力足够小则是外因，让学生领会矛盾的对立统一这一和谐的自然法则；

2.体会简谐运动的对称美，培养学生的审美观。

三、教学重点、难点

（一）重点

1.理解简谐运动回复力的特点；

2

2.会分析简谐运动中相关物理量的变化规律。

（二）难点

运用动力学的观点分析简谐运动中位移x、回复力F、速度v和加速度a的变化规律。

四、教学用具

水平方向和竖直方向弹簧振子、音叉、小槌、单摆、钢片、自制多媒体课件

五、教学过程及教学设计

教学课程

【课前休息】

播放小提琴独奏曲《梁祝》

教学设计

舒缓的音乐把学生带入内心平静的状态，一方面营造课堂氛围，另一方面为新课教学做好铺垫。（发声的物体都在振动）

直观是知识掌握的开始，是学生认识活动不可缺少的环节。物理实验是最基本的实物直观。通过几个演示实验，创设真实的情境，作用于学生的感官，学生通过观摩，再经历抽象概括的思维活动，形成振动的概念。为了突出振动特点，每个演示实验都要明显标出振动的中心位置。

【引入新课】

凄美缠绵的琴声是怎样产生的呢？今天就来学习这种运动形式。先观察下面几个演示实验。

教师演示钢片的振动、单摆的摆动、水平方向和竖直方向弹簧振子的振动。

【新课教学】

一、机械振动

（提问）上述物体的运动有什么共同的特点？

学生讨论、回答：

1.围绕着中心位置；2.往复运动

教师引导形成机械振动的概念：物体（或物体的某一部分）在某一位置两侧所做的往复运动，叫做机械振动，简称振动，这个位置成为平衡位置。视频展示：振动现象在自然界中普遍存在。

联系实际生活，增强感性认识，加深对机械振动的理解。

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二、简谐运动

1.弹簧振子

（观察思考）物体的运动情况是由其受力决定的，而研究实际问题又往往从最简单问题开始的。观察刚才所演示的几个实例，哪一个振动的物体受力最简单？你还能对其做进一步简化吗？

学生讨论后归纳：弹簧片和单摆的受力不在同一直线上，所以比较复杂；竖直弹簧下的小球和水平气垫导轨上的滑块受力在同一直线上，比较简单。特别是气垫导轨上的滑块，竖直方向受的重力与支持力平衡，只有水平方向受弹簧弹力和摩擦力，如果忽略摩擦力，则可进一步简化为物体振动的外力只有弹簧的弹力。

进一步引导：若小球与杆之间有摩擦，则小球运动一段时间会怎样？若忽略摩擦，会怎样？

动画演示：理想化后水平弹簧振子的振动，抽象出弹簧振子物理模型。

三、回复力

（学生活动）把振子拉到平衡位置右方C点时，弹簧伸长量为OC，放开振子，观察振子的运动，回答下列的问题：1.如何描述振子的位置变化？

2.振子在往复运动过程中的受力有什么特点？

实验演示水平弹簧振子的运动，再用动画进行模拟。

总结1.振动位移x：振子偏离平衡位置的位移。

方向：平衡位置

振子所处在位置

总结2.回复力：振动物体受到的指向平衡位置的力

方向：振子所在位置→平衡位置

作用：使振动物体回到平衡位置。

注意：回复力是按力的作用效果命名的力。

（学生讨论）弹簧振子的回复力与位移的关系

认识规律总是从简单到复杂的顺序。渗透忽略次要因素，抓住主要因素建立理想模型的科学研究方法。要让学生明确弹簧振子是一种理想模型，其理想化条件是不计摩擦，弹簧质量忽略不计。

动画模拟理想化后弹簧振子的振动，深化感性认识。

利用计算机动画模拟弹簧振子的振动，这是一种模拟直观，模拟直观是模拟性的形象作用于学生的感官，使之获得感性认识。实验是物理学的基础，其作用不能用模拟直观完全替代。但在实物直观的基础上的模拟直观可以将实际的简谐运动理想化，可以使学生更加深入地认识回复力的特点，突破教学难点。

以问题引领学生思维，充分体现学生的主体性，让学生主动获取知识，形成规律性认识。

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动画演示：

总结3：回复力F与位移x方向始终相反，其大小关系为F=kx 3.简谐运动

在上述师生活动的基础上，形成简谐运动的慨念。

（1）定义：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动，叫做简谐运动。

学习的迁移是学生学习的重要规律，设计的思路是分析振子的运动，分析振子的受力，并把运动和力联系起来。这样，既把研究机械运动的普遍方法迁移到简谐运动的研究中，让学生易于理解，突破难点，又通过知识的同化，把简谐运动的纳入到机械运动的体系中，形成完整的知识结（2）F回kx

构。

（3）性质：变加速运动（由

kFma得到ax，结合动画演示形成结

m

论）

（学生讨论）运用运动和力的关系分析弹簧振子在做简谐运动时各物理量的变化规律，归纳简谐电脑动画模拟出振动过程中位移、回复运动的特点。

力、加速度和速度等矢量的大小和方向的连续变化情况，突出各量变化的特征，增动画模拟演示：弹簧振子在振动过程中x,F,a,v强学生的直观认识。

的变化情况。

总结：（1）周期性：物体做简谐运动时，位移、

回复力、加速度和速度都随时间发生周期性变

化。

（2）对称性：简谐运动的物体在振动过程中，其位移、速度、回复力、加速度等物理量的的大小关于平衡位置对称。具有对称性的过程所用时间也是相等的。

【课堂小结】

弹簧振子在光滑水平杆上的A和A’之间作简谐运动，以平衡位置O为原点，水平向右为x轴正方向，填写下表

采用图表式小结，让学生根据教学内容进行思考总结，对课堂知识进行梳理，形成规律性认识。

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物理量

位方向

置

大小

方回向

复大力

小

方

加向

速大

度

小

方

向

速

度

大小

动能

弹性势能

振子位置

A

A→O

O

O→A′

A′

A′→O

O

O→A

【课后作业】复习教学内容，预习后两框内容。

及时巩固，理解知识。

六、教学流程

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