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