1. 简谐运动教学设计及教案分析

选修3-4 §1.1简谐运动

高中物理

汪锡雨

一、

教学目标

1、

知识与技能

（1）

认识机械振动的受力特点及特殊的机械振动---简谐运动的定义及特点；

（2）

熟练掌握简谐运动回复力与位移的关系；

（3）

认识弹簧振子模型并分析其运动过程中的相关物理量变化规律及受力特点，证明弹簧振子的机械振动属于简谐运动。

2、

过程和方法

（1）

领会建立理想模型的科学研究方法，即抓住主要因素，忽略次要因素；

（2）

通过观察弹簧振子的运动，发现弹簧振子运动的规律，理解周期和频率是用来描述简谐运动快慢、振幅是用来描述振动系统能量大小即振动强弱的物理量；

（3）

通过对弹簧振子在一次全振动过程中，速度、加速度及回复力的变化，了解机械振动的系统中能量的相互转化，进一步认识到简谐振动过程中系统总机械能守恒。

3、

情感、态度及价值观

（1）

学习理论联系实际的科学思想；

（2）

体会透过现象看本质的哲学思维。

二、

教学重、难点

（1） 重点：简谐运动的定义；

（2） 难点：简谐运动的模型之弹簧振子的运动规律，包括位移、加速度、速度、回复力的变化规律。

三、

教学内容分析

本节内容是选修3-4的第一章《机械振动》的第一节内容，机械振动是第二章《机械波》的基础，而第一、二章又是第三章《电磁振荡、电磁波》及光学部分内容的基础，所以机械振动内容具有非常强烈的启后作用，同时，机械振动过程中需要对受力特点、运动特点进行分析，对于前面的动力学知识又有很好的承前作用，重要性显而易见，但是机械振动作为不同于机械运动的运动形式，难度也是明显存在的。

四、

学生学情分析及应对策略

通过必修1、必修2、选修3-1及3-2的学习，学生已经掌握了对于基本运动过程的分析方法，同时在实际问题中运用物理规律的能力，但是之前以恒力作用下的单程运动形式居多，对于变力作用下的单程运动已属于提高类问题，对于多数学生掌握起来已经存在一定困难。可是本章开始学习的机械振动，即便对于第一节最简单的机械振动----简谐运动，也是变力作用下的往复运动，运动过程较为复杂，受力较为特殊，变化的物理量较多，学生在初学的过程中会遇到不同程度的困难。所以，本节课开门见山直接从简谐运动的定义出发，以弹簧振子的机械振动为模型，通过演示实验加上多媒体flash动画播放弹簧振子的运动过程，引导学生证明弹簧振子的机械振动即为简谐运动，进一步了解简谐运动的受力特点、运动特点及运动过程中位移、速度、加速度、回复力的变化规律，使复杂问题简单化，从而让学生在主动参与的过程中顺利掌握本节新内容，为进一步学习以后的内容打下坚实的基础。

五、

教学手段

1、

演示实验：器材包含弹簧振子、带夹子的铁架台、单摆

2、

多媒体（辅助）：flash动画播放弹簧振子的简谐运动（可慢放）、实物投影展示台（展示学生对弹簧振子运动过程的运动特征及受力特征的分析）、图片展示生活中的机械振

动（体现本章内容与生活实践的重要联系）

六、

教学过程

教学内容

教学过程（活动元）

媒体与资源的选择

设计意图

教师活动

学生活动

导入本节新课：机械振动的特殊类型----简谐运动

（1）PPT展示物体做直线运动、圆周运动的轨迹图片，复习旧知：匀速直线运动、匀变速直线运动、匀变速曲线运动、圆周运动等的运动学及力学特征；

（2）导入新知：机械振动

活动一：机械振动的运动形式及受力特点

（1）布置学生带着问题---什么是机械振动阅读教材的任务；

（2）PPT展示生活中机械振动的实例；

（3）多媒体播放flash动画：竖直悬挂的弹簧振子上下跳动、演示实验：单摆的往复运动，并引导学生分析弹簧振子和单摆等机械振动物体的受力特点。

（4）对比圆周运动的向心力，提出回复力的概念，指出如果物体受到回复力的作用，那么物体所做的运动即为机械振动；

（5）PPT图片展示：斜面上的弹簧振子

（1）观看PPT图片所展示的运动PPT 形式，回忆教师所提出的相关问题及分析物体运动规律的方法；（2）回忆力是改变物体运动状态的原因，即物体所表现出来的运动形式均是由受力情况决定。

（1）学生阅读教材第2页，知道机械振动的运动形式，并根据运动特点总结机械振动的定义；

（2）举例说明生活中的机械振动；

（3）学生观察竖直悬挂的弹簧振子、单摆的机械振动；

（4）学生对弹簧振子、单摆（简单的机械振动模型）进行受力分析；

（5）两个学生分别将自己对上述物体的受力分析结果到讲台，并用实物投影展示，其他同学分析、补充；

（6）学生思考机械振动回复力的来源，并就刚刚完成受力分析结果，指出相应的回复力来源；

（7）学生对斜面上的弹簧振子进行受力分析，求解出回复力，并将两个同学的结果用多媒体展台展示，其他同学分析其正确性。

PPT、多媒体播放flash动画、多媒体展台（实物投影）

（1）通过图片，使学生更容易回忆起相关知识的内容；

（2）为分析机械振动的受力特点作准备。

（1）通过对于生活中具体实例所做的机械振动的图片展示，使学生对于机械振动有更直观的感受，进一步理解机械振动的具体形式，从而帮助进一步思考机械振动的受力特点；

（2）通过对单摆、弹簧振子的机械振动的演示实验及flash动画的播放，通过flash动画，忽略了一些客观存在的次要因为，仅仅考虑主要因素，使振动过程的特点更为清晰

（3）通过对学生所完成的受力分析图及合外力的求解过程的实物展示，让学生用阅卷者的角度去分析结果的正确性，从而修正自己的解题过程。

（1）机械振动的定义：机械振动是物体或者物体的某一部分在平衡位置附近做往复运动的一种运动形式；

（2）机械振动的实例：说话时声带的振动，树梢在微风中摆动，钟摆的摆动，地壳的运动---地震等。

（3）演示实验：单摆的往复运动，说明其为机械振动；

（3）机械振动的受力特点：物体受到回复力的作用。

简谐运动的定义：物体所受的回复力与位移大小成正比、方向相反

活动二：简谐运动的定义及受力特点

（1）多媒体flash动画播放五星红旗在风中迎风飘扬，指出普通机械振动过程的复杂性，

提出最简单的机械运动：简谐运动，并用PPT展示简谐运动的定义：质点所受到的回复力与位移方向相反、与位移大小成正比，即F=-kx；

（2）强调质点的概念及简谐运动的位移概念，并板书位移的具体表示；

（3）强调表达式里负号的物理意义

活动三：简谐运动的实例：弹簧振子

（1）布置阅读教材的任务，PPT展示学生所需要思考问题及弹簧振子图片：

a、弹簧振子的构成；

b、弹簧振子做机械振动时由什么力来提供回复力？

（2）补充学生在解答问题过程的疏漏，强调弹簧振子为理想模型，让学生体会在研究过程中忽略次要因素，仅考虑主要因素影响的理想化模型的科学研究方法。

活动四：弹簧振子简谐运动的规律

（1）多媒体播放弹簧振子简谐运动的过程图像，首先以正常速度播放，再慢放

（2）提出用建立一维坐标轴，以平衡位置为坐标原点的方法来分析弹簧振子的简谐运动，并提问：

a、如何证明弹簧振子所做的机械振动为简谐运动？

b、弹簧振子做机械振动过程中，位移、速度、加速度及回复力如何变化？

（3）提出新的划分过程的标（1）理解回复力表达式F=-kx的多媒体flash意义；

动画、板书

（2）理解矢量表达式里的负号：仅仅表示方向，不表示大小；

（3）进一步体会回复力的意义

（1）通过观察红旗上各个部分的振动情况，体会机械振动过程的复杂；

（2）加深学生对位移的理解

（1）弹簧振子的构成：质点小球、轻质弹簧、光滑杆；

（2）弹簧振子回复力来源：弹簧弹力；

学生阅读教材、思考问题并回答问题教师所提出的a、b、c三个问题

PPT 让学生带着问题阅读教材，理解教材内容的深层含义、帮助学生分析弹簧振子模型构成及分析受力特点；

（1）以平衡位置为坐标原点，振动方向为坐标轴建立一维坐标系，规定正方向，证明弹簧振子的机械振动为简谐运动；

（2）分析振子运动过程中位移、速度、加速度及回复力的变化；

（3）分析振子运动过程中能量的变化。

多媒体动画播放、多媒体展台（实物展示）

（1）学生四人为小组，证明弹簧振子的机械振动为简谐运动；

（2）学生以四人为小组分析运动过程中位移、速度、加速度及回复力的变化规律；

（1）通过对于弹簧振子机械振动属于简谐运动的证明过程，进一步体会简谐运动的受力特征；

（2）使弹簧振子简谐运动过程持续时间变长，但各个物理量的变化规律与正常速度运动时相同，使瞬时量的变化过程更易观察；

（3）复习运动过程的分析方法；

准：振子从平衡位置左侧远离或靠近平衡位置、振子从平衡位置右侧远离或靠近平衡位置；

（4）提问：从做功的角度，弹簧振子在简谐运动的过程中所对应的各个能量如何变化？

（5）提出弹簧振子做简谐运动过程的能量守恒定律。

分析描述简谐运动的物理量：

振幅---反映振动强弱的物理量；

周期（频率）---反映振动快慢的物理量

活动五：描述简谐运动的物理量

（1）提出描述简谐运动的物理量：振幅、频率（周期），使用多媒体flash动画播放弹簧振子的简谐运动，在用PPT图片展示弹簧振子简谐运动中表示振幅的线段；

（2）指出各个物理量的意义；

（2）强调振幅是描述振动强弱的物理量；

活动六：总结本节内容

（3）补充学生总结本节内容的疏漏之处。

（2）学生代表用多媒体实物展台展示小组结果，其他学生补充；

（3）学生运用新的划分标准，独立分析各个物理量的变化规律，并将三个同学的结果用多媒体展台展示，其他学生评价；

（4）学生以四人为小组分析能量的变化过程；

（5）进一步体会能量守恒的普遍适用性。

（1）学生阅读教材第4页内容，PPT、多媒体了解描述简谐运动的物理量：振flash动画

幅、周期和频率

（2）学生观察弹簧振子简谐运动的flash动画，体会振幅、周期（频率）的物理意义；

（3）思考回答振幅大小所量度的具体内容；

（4）思考周期的计算方法；

（5）学生发言，总结本节内容。

（4）进一步熟悉弹簧振子简谐运动的过程以及相关物理量的变化规律，为第三节用图像方法分析简谐运动打下基础。

（1）使振幅的概念形象化；

（2）使周期、频率等物理量更加直观形象。

七、

教学评价与反思

在本节课的教学过程中，从以前学习过的匀变速直线运动、匀变速曲线运动、匀速圆周运动的受力特点出发，引出机械振动的受力特点，进而提出一种具有特殊表达式的回复力：与位移方向相反、与位移大小成正比，进而引出简谐运动的概念，整体教学过程较为流畅，循序渐进，即便是一种陌生的复杂运动形式，学生掌握起来也降低了难度；同时在讲授过程中，充分发挥的学生的主观能动性，教师仅仅起引导和提示作用，教师提出问题，学生思考解答，参与结论的得出过程，将被动的接受知识变为主动的自我归纳总结获取知识，符合现代教学理念，同时充分应用多媒体教学手段，将不易观察的物理现象具体化，帮助学生观察现象，从而得出结论，获取新知识。

可是在教学过程中，依然存在不足之处。简谐运动是一种理想化模型，实际生活中发生的振动几乎都是阻尼振动，即振幅不断减小的机械振动，若阻尼很小，则可认为物体所受到的回复力与位移方向相反、与位移大小成正比，即简谐运动，振幅大小恒定，这一知识的具体内容会在教材第四节讲授，可是依然应该注意让学生体会，但在教学的过程中，这样的强调较为薄弱，不利于学生对于理想化模型的进一步理解。以外，对于回复力来源的具体分析实例不够，忽略了物理知识的实际意义。