高中物理简谐运动教学设计学情分析教材分析课后反思.docx
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高中物理简谐运动教学设计学情分析教材分析课后反思
选修3-411.1《简谐运动》教学设计
一、本节教材分析
简谐运动是最简单、最基本、最有规律性的机械振动，通过学习，使学生既了解到机械振动的基本特点，又体会到振动这种运动形式较直线运动、曲线运动都要复杂.
在本节教材中研究弹簧振子的振动情况时，忽略了摩擦力和弹簧的质量，应让学生认真领会这种理想化的方法.
二、教学三维目标
（一）知识与技能
1.知道什么是简谐运动以及物体在什么样的力作用下做简谐运动，了解简谐运动的若干实例.
2.理解简谐运动在一次全振动过程中位移、回复力、加速度、速度的变化情况.
3.知道简谐运动是一种理想化模型以及在什么条件下可以把实际发生的振动看作简谐运动.
（二）过程与方法
1.通过对简谐运动中位移、回复力、加速度、速度等物理量间变化规律的综合分析，知道各物理量之间有密切的相互依存关系，学会用联系的观点来分析问题.
2.本节中通过对弹簧振子所做简谐运动的分析，得到了有关简谐运动的一般规律性的结论，使学生知道从个别到一般的思维方法.
（三）情感态度与价值观
1.通过物体做简谐运动时的回复力和惯性之间关系的教学，使学生认识到回复力和惯性是矛盾的两个对立面，正是这一对立面能够使物体做简谐运动.
2.通过对简谐运动的分析，使学生知道各物理量之间的普遍联系
三、教学重点
1.什么是简谐运动.
2.简谐运动中回复力的特点.
3.简谐运动过程中的位移、回复力、加速度和速度的变化规律.
四、教学难点
物体做简谐运动过程中的位移、回复力、加速度、速度的变化规律.
五、教学方法
1.关于机械振动概念的得出，采用实验演示、多媒体展示、阅读、归纳等综合教法.
2.关于弹簧振子和简谐运动规律的教学，采用多媒体模拟展示，结合运动学、动力学相关公式推导表对比等教学方法.
六、教学过程设计
首先用多媒体出示本节课的教学目标
（一）同学们观察动画:
蝴蝶翅膀的振动，小提琴发声实验演示：
弹簧的下面挂着一个小球，拉动小球时，小球的运动
提出问题：
（让学生思考并回答）
1、蝴蝶翅膀的振动和小球的运动有什么共同特点？
（都在平衡位置附近做往复运动）
2、它们为什么会做这样的运动？
（受到外力的作用）
从而得出机械振动的概念：
物体在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动，通常简称振动。
用多媒体演示：
水平方向连接弹簧的小球和物块的振动
提出问题（让学生思考并回答）
1.小球和物块谁振动的时间长，为什么？
（物块振动的时间长。
小球受到摩擦阻力大，物块受到摩擦阻力小）
2.如果物块受到的摩擦阻力更小，其结果如何？
（振动的时间会更长）
3、如果摩擦阻力忽略不计，弹簧的质量也忽略，结果如何？
（将一直振动下去）
从而得出弹簧振子是个理想化的物理模型。
它理想就理想在：
1、物块与水平面间的摩擦忽略不计
2、弹簧的质量比物块的质量小得多也忽略不计
（二）多媒体演示横向弹簧振子
提出问题：
弹簧振子为什么会做这样的往复运动呢？
通过受力分析，让学生总结出：
振子在竖直方向上受到的重力和支持力相互平衡，所以影响振子运动的只有弹簧弹力弹力的方向始终指向平衡位置，它的作用就是使振子返回到平衡位置。
根据作用效果把它叫做回复力
（三）再次演示横向弹簧振子的运动
提出问题：
（学生思考并回答问题）
振子在振动过程中，回复力和位移有什么样的关系？
通过分析得出：
1、回复力的方向与位移的方向始终相反，并且总是指向平衡位置
2、回复力的大小与位移的大小成正比
从而得到：
F=-kX这个关系式在物理学中叫做胡克定律。
进而得出简谐运动的概念:
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的作用下的振动,叫做简谐运动
让学生分析得出:
简谐运动的条件:
F=-kx
（四）用多媒体展示简谐运动的几个实例:
①音叉叉股上各点的振动是简谐运动
②弹簧片上各点的振动是简谐运动
③摆的摆锤上各点的振动是简谐运动
（五）再次演示弹簧振子的运动
提出问题:
（学生思考并回答）
振子在简谐运动中的加速度的大小和方向,由牛顿第二定律可知:
振子的加速度大小与回复力的大小成正比,方向与回复力方向相同。
从而总结出：
简谐运动不仅是变速运动，而且是变加速运动
（六）课堂练习：
让学生讨论回答表格的问题。
七、小结
1、机械振动概念。
2、简谐运动概念。
F=-kx
3、简谐运动的规律。
4、我们学习了忽略次要因素，突出主要因素的研究方法——理想化的研究方法。
学情分析
由于刚进入高二年级的学生思维具有单一性、定势性，他们习惯于分析恒力作用下物体的单程运动，对变力作用下振动过程的多量分析，学生普遍会感到有些困难。
因此，我把从运动学和动力学的角度分析简谐运动过程中位移、回复力、加速度和速度的变化规律作为本节课的教学难点；将简谐运动过程中平衡位置、回复力、位移等概念以及从规律中分析回复力与位移关系作为本堂课的重点。
学生通过直线运动和曲线运动的学习，已经掌握了基本的描述运动的概念，如，位移，速度，加速度等概念，通过前面的训练已经可以领会它们的物理意义。
这节课的内容，虽然运动形式比较特殊，但仍然是一种运动，除了位移初位置的规定有所区别，其他的仍然适用。
所以做好前面运动描述概念的复习至关重要。
这节内容的特殊性，认识这种新的运动模型----简谐运动。
建立弹簧振子理想化的模型，对理解简谐运动非常重要。
效果分析
通过课件动画演示弹簧振子物理模型，配合老师讲解与提问相结合，培养学生的观察和发现问题的能力。
在情感态度与价值观方面：
动态图像具有形象、生动的特点。
所以本节课通过课件演示，可以增加学生感性认识，培养学生参与科学研究的兴趣。
1虽然通过初中和高一的学习，学生已有一定的观察、实验能力，但抽象思维、推理和综合分析的能力仍然有限。
因此，我将采讲授法配合实验探究法为主，以课件展示为辅的演示法对本堂课进行讲授。
与此同时学生通过对演示实验观察，及回顾已学过的旧知识，积极参与讨论总结规律。
2至于这些教法和学法如何实践到真正的教学中，我将从我的教学过程来进行说明。
首先我将带领学生回顾之前学过的机械运动，回忆并总结恒力和变力作用下物体的运动特点，进而分析出物体受力、加速度和速度的关系对物体运动状态的影响，为后面分析对变力作用振动过程的多量分析打下基础。
接着我将从大量生活案例：
比如音叉的振动，时钟的摆动、随风摇摆的树叶以及扁担的上下摆动等引出机械振动。
让同学们初步认识机械振动的特点。
然后我将指明以上的振动例子都是可以看做是由许多最简单最基本的运动形式组合而成的，进而引出课题：
简谐运动
此时，抓住学生的好奇心与学习热情，播放并介绍水平，竖直方向上的两种弹簧振子物理模型的动画，引导学生认识弹簧振子是理想化的物理模型。
接着再从物体运动情况和受力情况分析得出平衡位置的概念。
由于竖直方向上的弹簧振子受力较复杂，因此本节课就以水平方向上的弹簧振子为例进行讲解。
接下来，带领学生对振子受力分析，抵消重力和支持力后，引导学生理解：
使振子做往复运动的力是弹簧的弹力，及弹力的方向和平衡位置的关系，从而引出回复力的概念及表示其公式。
由于振子受力就会运动，运动就会有位移，进而对简谐运动过程中位移进行讲解。
如果以平衡位置O为原点，建立正方向上的X轴，O点右侧为正，左侧为负，即它的位移是：
从平衡位置指向小球所在位置的有向线段。
接着举例说明这样规定位移的好处，不仅对位移大小等于弹簧形变量大小的关系一目了然，而且和回复力公式产生了直接联系，也为回复力和位移方向的说明做好铺垫。
然后，再次举例，说明回复力的方向和位移方向是相反的，进而再对回复力公式中负号的含义进行补充说明。
然后我将采用传统教学模式，将弹簧振子模型画在黑板上。
因为振子一直在平衡位置做往复运动，如果学生掌握了分析一个运动过程的思维和方法，其余过程的分析也就不是问题了。
因此，我截取了A→O的运动过程，并借助多媒体课件，引导学生对A→O过程中的：
位移、回复力、加速度和速度的大小和方向进行分析，并将分析结果填入课件表格中。
接下来，对表格内容进行分析，并引领学生分析出：
简谐运动中振子受到的回复力的大小总是与位移大小成正比而方向相反。
再通过F=ma以及表格结论再次让同学们感受回复力与加速度的正比关系，而速度和位移并没有绝对的关系。
回复力的改变直接影响加速度的变化，进而影响了速度的变化。
通过公式与对表格的整体分析，让学生定性了解各物理量的变化规律，认识到回复力在简谐运动中的重要性，是四个物理量之间的重要枢纽。
从而突破了教学中的重点和难点。
教材分析
本节内容选自人教版高中物理选修3-4“第十一章：
机械振动”第一节，简谐运动。
简谐运动是运动学的延伸也是机械波等波动知识的铺垫，同时也是学习本章后面各节内容的基础，在教学大纲中属于理解这个层次。
一方面，在研究简谐运动规律时要用到以前运动学中物体受力，位移、加速度、速度相关知识，可以起到复习巩固的作用；另一方面，对它的研究为以后学习机械波、光的本性、电磁振荡以及电磁波奠定了知识基础。
因此这部分内容在教材中起着承前启后的作用。
这一章主要讲述机械振动中运动规律最简单、最基本的一种周期性运动——简谐运动。
振动的知识在实际中有很多应用（例如心电图、核磁共振仪、地震仪、钟摆等），振动的有关知识也是后面学习波动的基础，所以教学中应引起重视。
这一章开始讲述简谐运动的基本特点，然后通过图象介绍简谐运动的运动规律和特点，接下来介绍简谐运动的实例——单摆，最后介绍受迫振动的知识。
简谐运动是一种周期性的运动，正确理解简谐运动中各物理量（如周期、频率、振幅等）的确切含义是非常重要的。
同下面要学习的波动一样，用图象来描述物体的振动情况是非常重要的手段之一。
教材在图象的讲授上较以前有所加强，希望学生能通过图象的学习，较好地理解简谐运动中各物理量的确切含义及其相互间的关系。
简谐运动比前面学过的各种运动复杂，定量研究需要较多的数学知识，因而中学阶段不宜作更多的定量计算，希望教学中掌握好要求。
课时分配
一、简谐运动（1课时）
二、简谐运动的描述（2课时）
三、简谐运动的回复力和能量（1课时）
习题课（1－2课时）
四、单摆（内容1课时、实验1课时）
五、外力作用下的振动（1课时）
教学重点、难点
理解简谐运动的位移－时间图象，根据简谐运动的图象弄清各时刻质点的位移、路程及运动方向。
1：
介绍、生活中的一些振动的例子，找出共同点，点出机械振动的定义。
2、介绍弹簧振子概念，突出这是一种理想模型和常用物理方法
3、通过实验分析弹簧振子的位移－时间图象
教学重点、难点
1.简谐运动的振幅、周期和频率的概念。
振幅和位移的联系和区别.。
2.了解相位,初相和相位差概念。
3.能运用图象、公式描述简谐运动。
1.振幅（振动能量）和频率、周期（振动快慢）让学生明确确切含义，并讲清楚一次全振动确切过程。
简谐运动学案
学习目标：
•一、知道什么是弹簧振子，理解弹簧振子是一种理想化的模型。
•二、知道什么是简谐运动，了解简谐运动的若干实例。
•三、知道振动图像的物理意义，知道简谐运动的图像是一条正弦或余弦图像。
要点导学：
•一、机械振动
•1、定义：
，简称。
•跟踪练习：
下列运动中不属于机械振动的有（）
•A、树梢在风的作用下的摇摆
•B、竖直向上抛出的物体的运动
•C、说话时声带的振动
•D、爆炸声引起的窗扇的运动
•二、弹簧振子（理想化模型）
•1、定义：
。
2、条件：
；。
•3、平衡位置：
。
•4、运动特点：
。
三、弹簧振子位移--时间图像
1、位移X：
。
•2、画法：
坐标原点：
；横坐标：
纵坐标：
。
•3、思考得到位移时间--图像的方法？
？
•探究一、如何得到弹簧振子X-t图？
•方法：
1、2、3、4、
•思考：
1、频闪照片的图像是小球运动的轨迹吗？
2、为什么要匀速拉动底片？
若底片以1cm/s的速度匀速上移，底片上1cm对应多长时间？
3、时间轴的方向和底片运动方向是什么关系？
探究二、猜想和验证：
1、我们所得到的x-t图可能是什么规律的曲线？
•2、你有办法验证你的猜想吗？
•方法：
1、2、
•特殊值代入法：
•
4、振动图像的物理意义。
•四、简谐运动
•1、定义：
。
特点：
；。
2、图像：
•3、位移特点：
方向：
方向改变的位置：
•大小：
时，位移增大；时，位移减小。
•4、速度特点：
方向：
方向改变的位置：
；
•时，和位移方向相同;时，和位移方向相反。
•跟踪练习：
•1、简谐运动的图象就是物体的运动轨迹吗？
•2、由简谐运动的图象判断简谐运动属于下列哪一种运动？
（）
•A、匀变速运动
•B、匀速直线运动
•C、变加速运动
•D、匀加速直线运动
•3、某一弹簧振子的振动图象如图所示，则由图象判断下列说法正确的是（）
•A、振子偏离平衡位置的最大距离为10cm
•B、1s到2s的时间内振子向平衡位置运动
•C、2s时和3s时振子的位移相等，运动方向也相同
•D、振子在2s内完成一次往复性运动
•
10
5
0
-5
-10
•4、某弹簧振子的振动图象如图所示，根据图象判断。
下列说法正确的是（）
•A、第1s内振子相对于平衡位置的位移与速度方向相反。
•B、第2s末振子相对于平衡位置的位移为-20cm。
•C、第2s末和第3s末振子相对于平衡位置的位移均相同，但瞬时速度方向相反。
•D、第1s内和第2s内振子相对于平衡位置的位移方向相同，瞬时速度方向相反。
•
•随堂练习：
1．关于简谐运动的下列说法中，正确的是（）
A．位移减小时，加速度减小，速度增大
B．位移方向总跟加速度方向相反，跟速度方向相同
C．物体的运动方向指向平衡位置时，速度方向跟位移方向相反；背向平衡位置时，速度方向跟位移方向相同
D．水平弹簧振子朝左运动时，加速度方向跟速度方向相同，朝右运动时，加速度方向跟速度方向相反
2．一质点做简谐运动的振动图象如图2所示，质点在哪两段时间内的速度与加速度方向相同（）
A．0～0.3s和0.3～0.6s
B．0.6～0.9s和0.9～1.2s
C．0～0.3s和0.9～1.2s
D．0.3～0.6s和0.9～1.2s
课后反思
本节内容选自人教版高中物理选修3-4“第十一章：
机械振动”第一节，简谐运动。
简谐运动是运动学的延伸也是机械波等波动知识的铺垫，同时也是学习本章后面各节内容的基础，在教学大纲中属于理解这个层次。
一方面，在研究简谐运动规律时要用到以前运动学中物体受力，位移、加速度、速度相关知识，可以起到复习巩固的作用；另一方面，对它的研究为以后学习机械波、光的本性、电磁振荡以及电磁波奠定了知识基础。
因此这部分内容在教材中起着承前启后的作用。
由于刚进入高二年级的学生思维具有单一性、定势性，他们习惯于分析恒力作用下物体的单程运动，对变力作用下振动过程的多量分析，学生普遍会感到有些困难。
因此，我把从运动学和动力学的角度分析简谐运动过程中位移、回复力、加速度和速度的变化规律作为本节课的教学难点；将简谐运动过程中平衡位置、回复力、位移等概念以及从规律中分析回复力与位移关系作为本堂课的重点。
2.根据物理学科的课程标准，我设定了以下三维教学目标：
在知识与技能方面：
要求学生知道机械振动和简谐运动的概念；了解弹簧振子模型，熟悉简谐运动的特点；学会分析简谐运动过程四个物理量的变化规律；
在过程与方法中：
通过课件动画演示弹簧振子物理模型，配合老师讲解与提问相结合，培养学生的观察和发现问题的能力。
在情感态度与价值观方面：
动态图像具有形象、生动的特点。
所以本节课通过课件演示，可以增加学生感性认识，培养学生参与科学研究的兴趣。
3.虽然通过初中和高一的学习，学生已有一定的观察、实验能力，但抽象思维、推理和综合分析的能力仍然有限。
因此，我将采讲授法配合实验探究法为主，以课件展示为辅的演示法对本堂课进行讲授。
与此同时学生通过对演示实验观察，及回顾已学过的旧知识，积极参与讨论总结规律。
4.至于这些教法和学法如何实践到真正的教学中，我将从我的教学过程来进行说明。
首先我将带领学生回顾之前学过的机械运动，回忆并总结恒力和变力作用下物体的运动特点，进而分析出物体受力、加速度和速度的关系对物体运动状态的影响，为后面分析对变力作用振动过程的多量分析打下基础。
接着我将从大量生活案例：
比如音叉的振动，时钟的摆动、随风摇摆的树叶以及扁担的上下摆动等引出机械振动。
让同学们初步认识机械振动的特点。
然后我将指明以上的振动例子都是可以看做是由许多最简单最基本的运动形式组合而成的，进而引出课题：
简谐运动
此时，抓住学生的好奇心与学习热情，播放并介绍水平，竖直方向上的两种弹簧振子物理模型的动画，引导学生认识弹簧振子是理想化的物理模型。
接着再从物体运动情况和受力情况分析得出平衡位置的概念。
由于竖直方向上的弹簧振子受力较复杂，因此本节课就以水平方向上的弹簧振子为例进行讲解。
接下来，带领学生对振子受力分析，抵消重力和支持力后，引导学生理解：
使振子做往复运动的力是弹簧的弹力，及弹力的方向和平衡位置的关系，从而引出回复力的概念及表示其公式。
由于振子受力就会运动，运动就会有位移，进而对简谐运动过程中位移进行讲解。
如果以平衡位置O为原点，建立正方向上的X轴，O点右侧为正，左侧为负，即它的位移是：
从平衡位置指向小球所在位置的有向线段。
接着举例说明这样规定位移的好处，不仅对位移大小等于弹簧形变量大小的关系一目了然，而且和回复力公式产生了直接联系，也为回复力和位移方向的说明做好铺垫。
然后，再次举例，说明回复力的方向和位移方向是相反的，进而再对回复力公式中负号的含义进行补充说明。
然后我将采用传统教学模式，将弹簧振子模型画在黑板上。
因为振子一直在平衡位置做往复运动，如果学生掌握了分析一个运动过程的思维和方法，其余过程的分析也就不是问题了。
因此，我截取了A→O的运动过程，并借助多媒体课件，引导学生对A→O过程中的：
位移、回复力、加速度和速度的大小和方向进行分析，并将分析结果填入课件表格中。
接下来，对表格内容进行分析，并引领学生分析出：
简谐运动中振子受到的回复力的大小总是与位移大小成正比而方向相反。
再通过F=ma以及表格结论再次让同学们感受回复力与加速度的正比关系，而速度和位移并没有绝对的关系。
回复力的改变直接影响加速度的变化，进而影响了速度的变化。
通过公式与对表格的整体分析，让学生定性了解各物理量的变化规律，认识到回复力在简谐运动中的重要性，是四个物理量之间的重要枢纽。
从而突破了教学中的重点和难点。
课标分析
人们习惯于按照物质运动的形态，把经典物理学分成力（包括声）、热、电、光等子学科。
然而，某些形式的运动是横跨所有这些学科的，其中最典型的要算振动和波了。
在力学中有机械振动和机械波，在电学中有电磁振荡和电磁波，声是一种机械波，光则是一种电磁波。
在近代物理中更是处处离不开振动和波，仅从微观理论的基石——量子力学又称波动力学这一点就可看出，振动和波的概念在近代物理中的重要性了。
尽管在物理学的各分支学科里振动和波的具体内容不同，在形式上它们却具有极大的相似性。
所以，振动和波的意义绝不局限于力学，它将为学习整个物理学打基础。
新课标要求
（1）通过观察和分析，理解简谐运动的特征。
能用公式和图像描述简谐运动的特征。
例1比较做简谐运动的物体在不同位置所受的力、速度、加速度、动能和势能。
例2用两个摆长相同的单摆演示简谐运动的相位差。
（2）通过实验，探究单摆的周期与摆长的关系。
（3）知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。
会用单摆测定重力加速度。
（4）通过实验，认识受迫振动的特点。
了解产生共振的条件以及在技术上的应用。
例3调查生活和生产中受迫振动的应用实例及利用和防止共振的实例。
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