高中物理《简谐运动》教学设计.docx
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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、设计思路
人教版老教材从动力学特征的角度定义简谐运动,不符合学生用运动学特征对质点运动进行分类的认知习惯。
人教版新教材把“位移与时间的关系遵从正弦函数规律的振动”称为简谐运动,尊重学生的认知规律,有利于简谐运动的教学。
正因为如此,通过科学探究,让学生认识弹簧振子的振动图象是一条正弦曲线,是本节课教学的关键所在。
本节课的教学以“探究弹簧振子的振动图象”为线索而展开,将学生的认知过程和探究过程合理链接,实现了物理知识和科学方法、定性探究和定量探究、实验探究和理论探究的有机融合,让学生在学习物理知识的同时应用物理思想方法,体验科学探究的一般过程:
“提出问题→制定方案→收集数据→处理数据→猜想结论→分析论证→得出结论→误差分析”。
本节课的实验探究和理论探究都是教师引导下的学生探究,主要引导方式:
问题链。
两个探究实验分别是水摆和模拟频闪照片。
设计水摆实验的目的是:
(1)定性验证学生对振动图像图样的猜想;
(2)让学生理解振动图象“时间轴”的展开过程。
设计模拟频闪照片实验的目的是:
(1)让学生体验利用图象处理数据的方法;
(2)让学生经历利用假设法定量论证振动图象函数性质的过程。
水摆是用饮料瓶制作而成的,实验中利用毛笔书法水写布代替照相机的底片。
模拟频闪照片的实验原理也很简单,就是利用视频播放软件获得弹簧振子振动视频的每一帧照片,根据照片记录不同时刻振子的位移并绘制振动图像。
从实验结果上看,这两个实验都没有利用位移传感器精确,但这样做可以让学生建立一种观点:
科学探究并不是遥不可及的,它不一定要借助很先进的工具和仪器,最简单易行的方法也是好方法。
二、教学目标
1.知识与技能
(1)知道弹簧振子理想模型和简谐运动的运动学定义;
(2)知道弹簧振子的振动图象是一条正弦曲线,并理解振动图象的物理意义;
(3)理解振动图象“时间轴”的展开过程,会将底片的位移转换成振动时间。
2.过程与方法
(1)引导学生经历探究“弹簧振子振动图象”的过程,发展学生“猜想假设”、“设计实验”、“处理数据”、“分析论证”和“误差分析”的能力,培养学生思维的灵活性和深刻性;
(2)引导学生经历误差分析的过程,让学生体验建立物理模型的思想方法。
3.情感态度与价值观
(1)通过对弹簧振子振动图象的探究,培养学生认真、合作、实事求是的科学态度,同时让学生体验成功探究的快乐,增强学生参与科学探究的兴趣;
(2)观察生活事例,了解实际应用,培养热爱科学、乐于探究的品质,增强学生的实践意识。
三、教学重点
(1)弹簧振子的位移概念;
(2)弹簧振子的振动图象是一条正弦曲线。
四、教学难点
(1)弹簧振子的位移概念;
(2)设计实验方案确定弹簧振子在各个不同时刻位移;
(3)论证弹簧振子的振动图象是一条正弦曲线的思路和方法。
五、教学资源
太阳能摇摆花、水摆(由饮料瓶制成)、气垫导轨、气源、弹簧振子(改装滑块)、在竖直方向振动的弹簧振子、弹簧振子频闪照片、教师自拍的弹簧振子实验视频、“豪杰解霸”视频播放软件、多媒体教学课件。
六、教学流程
活动1:
观察现象并概括机械振动的基本特征
活动2:
探究弹簧振子的位移随时间的关系
提出问题→制定方案→收集数据→数据处理→猜想结论→分析论证→得出结论→误差分析
活动3:
了解记录振动的方法在实际中的应用
活动4:
形成知识结构,总结探究思路
七、教学过程
教学流程
教师活动
学生活动
设计意图
活动1:
观察现象并概括机械振动的基本特征
复习旧知,引入新课。
板书:
“一、机械振动”
展示:
“太阳能摇摆花”
问题1–1:
想一想,摇摆花的运动具有哪些明显的特征?
问题1–2:
摇摆花的运动关于“谁”对称?
引导:
平衡位置的意义和机械振动的定义。
板书:
“平衡位置、往复运动”
衔接:
由生活中的振动现象引入并展示实验室中的振动装置——弹簧振子。
过渡:
在演示弹簧振子实验的过程中,向学生指出:
滑块的位置在不断地发生变化。
在教师的引导下,学生回忆重点学习过的几种运动形式,并明确本节课的学习内容是机械振动。
观察现象并分析概括摇摆花的运动特征。
观察并了解弹簧振子的基本结构。
让学生意识到机械振动是一种新的运动形式。
培养学生的观察和分析归纳能力。
观察生活事例,培养学生热爱科学和乐于探究的品质,增强学生的实践意识。
教学流程
教师活动
学生活动
设计意图
活动2:
探究弹簧振子的位移随时间的变化关系
问题2–1:
想一想,描述物体位置变化的物理量是什么?
问题2–2:
什么是位移?
问题2–3:
在A、O、B三点中,选取哪一点作为弹簧振子位移的初始位置最能够反映振动的对称性?
问题2–4:
如果规定水平向右的方向为正方向,那么t1、t2两个时刻,弹簧振子的位移分别是什么?
问题2–5:
这两个时刻的位移大小相同吗?
方向相同吗?
问题2–6:
同学们猜想一下,位移的变化具有什么明显的特点?
展示:
动画展示弹簧振子位移的变化特点。
过渡:
在总结弹簧振子位移的变化特点之后,明确指出:
以弹簧振子为例,探究位移随时间的变化关系。
板书:
“弹簧振子的位移随时间的关系”
观察振子位置变化→自主建构“振动位移”概念→猜想并验证“振动位移变化的特点”→提出探究问题——弹簧振子的位移随时间的变化关系。
合理整合“知识序”和“认知序”,设计递进式问题链。
运用问题链引导学生思维,培养学生流畅性思维品质。
教学流程
教师活动
学生活动
设计意图
活动2:
探究弹簧振子的位移随时间的变化关系
展示:
课前自己拍摄的弹簧振子实验视频。
问题2–7:
请同学们想一想,如何确定不同时刻弹簧振子的位移?
问题2–8:
如果我们直接拍摄弹簧振子的频闪照片,那么留在底片上的像会形成什么样的图案?
演示:
利用水摆实验来验证猜想。
问题2–9:
如果拍摄的时间比较长,不同时刻的像会发生什么现象?
问题2–10:
为了让像在底片上不重叠,我们怎样改进?
问题2–11:
请同学们猜想一下,改进后拍出来的频闪照片会是什么样子?
提出多种方案→比较各种方案的优劣→确定最好的实验方案。
在自由落体和平抛运动频闪照片的基础上,学生能够想象出弹簧振子频闪照片的图样。
发现像会重叠→提出改进实验的方法→猜想改进后图样→分组完成水摆实验→得到弹簧振子频闪照片的正确图样。
让学生设计实验方案并分析方案的优劣,能够让学生体验到设计实验方案的基本要求:
精确性、方便性。
培养学生的想象能力。
先“猜想现象”后“实验验证”,这样可以提高学生的课堂参与的深度。
培养学生的创新能力。
先“猜想现象”后“实验验证”,这样可以提高学生的课堂参与的深度。
教学流程
教师活动
学生活动
设计意图
活动2:
探究弹簧振子的位移随时间的变化关系
过渡:
实验结果告诉我们,弹簧振子的频闪照片是一条平滑的曲线。
问题2–12:
我们怎样利用这一条平滑的曲线来反映不同时刻弹簧振子的位移?
板书:
“→振动图象(x-t图象)”
演示:
利用视频播放软件分离弹簧振子实验视频的每一张照片。
板书:
“三、简谐运动←正弦曲线”
问题2–13:
同学们,在弹簧振子实验中,产生误差的主要原因是什么?
追问1:
振子具备怎样的特点,可以减小空气阻力的影响?
追问2:
如果忽略大小和形状,振子就是什么?
追问3:
那么,弹簧应该具备怎样的特点?
板书:
“理想模型:
无质量弹簧+质点”
匀速拉动水写布→将时间均匀展开→建立直角坐标系→建构振动图象→明确振动图象不是振子的运动轨迹→猜想振动图象是正弦曲线。
记录不同时刻弹簧振子的位移→利用电子表格绘制出振动图象→利用假设法论证振动图象是正弦曲线→利用图象拟合的方法论证证振动图象是正弦曲线→构建“简谐运动”概念。
在误差分析的过程中,自主建构弹簧振子理想模型。
让学生理解振动图象“时间轴”的展开过程。
让学生体验利用图象处理数据的方法。
让学生经历利用假设法、比较法定量论证振动图象函数性质的过程,培养学生思维的灵活性和深刻性。
培养学生建立物理模型的思想方法。
教学流程
教师活动
学生活动
设计意图
活动2:
探究弹簧振子的位移随时间的变化关系
演示:
这是一个在竖直方向振动的弹簧振子,它的振动是简谐运动吗?
展示:
播放直接记录竖直方向弹簧振子振动图象的实验视频。
课后思考两个问题:
(1)模仿老师上课的做法,设计实验,利用相关的软件定量论证弹簧振子在竖直方向的振动也是简谐运动;
(2)实验中,为什么必须要匀速拉动水写布?
为学生的学习留有一定的出口,延伸学生的学习兴趣。
活动3:
了解记录振动的方法在实际中的应用
引导:
同学们,这个实验中,记录振动的方法在生活中有很多的应用。
比如:
心电图和地震曲线的绘制。
课后,查阅相关资料,了解更多的实际应用。
了解实际应用,培养热爱科学、乐于探究的品质,增强学生的实践意识。
活动4:
课堂小结
引导:
最后,请同学们分别从“知识结构”和“探究过程”两个方面对本节课做个小结。
以简谐运动为中心建构知识网络,以经历的探究环节为主线反思运用到的科学方法。
形成知识结构
总结探究思路
课后作业
课本P4:
“问题与练习”1、2、3题。
板书设计