简谐运动的力和能量特征说课设计

Tags：简谐运动的力和能量特征粤教版高中物理选修3－4 人教版物理选修3－4 物理选修3－4

字号：T|T

简谐运动的力和能量特征（1课时）说课设计

【教学内容分析】

1.课程标准对本节的要求：通过观察和分析，理解简谐运动的特征。

2.教材的地位和作用：本节内容是在上一节学习了《初识简谐运动》的基础上进一步学习简谐运动的力和能量特征，并与下一节内容构成完整的简谐运动知识体系，三节内容共同完成《课程标准》对机械振动内容的要求：通过观察和分析，理解简谐运动的特征。本节内容包括两个三级主题：一是简谐运动的力的特征；二是是简谐运动的能量的特征。主要是注重学生从定性认识到定量分析能力的培养，使学生认识到简谐运动在社会生活中的应用及其重要意义。

3．教材的编写思路：教材首先提出“怎样的一种力能使小球做简谐运动？”引导性问题以直接引入主题，然后通过“观察与思考”、分析讨论、加上对弹力的回忆，引导学生思考简谐运动的特点。在此基础上，教材在“实践与扩展”栏目中尝试让学生从位移-时间图像，提出速度-时间图像和加速度-时间图像，结合图像的观察分析，帮助学生理解《课程标准》上要求“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。”

4. 教材的特点：第一，注重培养学生用旧知识解决新问题的能力；第二，注重建立物理情景和受力分析，重视学生科学探究能力的培养；第三，通过学生的观察和老师的引导由学生自主寻找答案，注重了学生自主学习能力的培养，满足新课程标准要求；第四，突出简谐运动在生产和生活中的应用。

5．教材处理：（1）本节内容是关于简谐运动的动力学知识，是本节的知识重点，但又不是教学的知识难点，在整章书的知识框架上起到承前启后的作用，具有举足轻重的地位，鉴于本节内容的综合性、资源的丰富性和应用的广泛性，同时考虑学生的可接受性，关于简谐运动的特征的学习分两步骤来处理：一是先学运动特征，二是学习力和能量的特征。本教学设计只涉及第二部分内容，第一部分只作为知识回顾的内容；（2）简谐运动的特征相对必修1、2中学过的几种运动来说，是比较复杂的，基于学生的认知能力，适当调整教材内容的讲解顺序，先通过弹簧振子的运动，方便学生理解小球在弹簧力的作用下做往复运动，分析运动的特点得到回复力的概念，而不是直接介绍回复力，使得整节课更有整体性和逻辑性；（3）充分地挖掘教材以外的资源，有机地融入了演示实验和多媒体辅助教学，使得问题更加直观，帮助学生对知识的理解和应用。

【教学对象分析】

1.学生的兴趣和思维能力：高二年级的学生逻辑思维能力已经得到了一定的提升，同时也具有好奇、好动、好强的心理特点，对新鲜事物喜欢“通过现象看本质”。教学中除了要充分发挥演示实验的作用，注意培养学生对物理的兴趣之外，更重要的是加强引导，调动学生思考的积极性和主动性。

2.学生的知识基础：学生在必修1、2已经学过受力分析、牛顿第二定律和变加速直线运动，同时也对蹦极跳、蹦床运动等相关模型的运动情况进行深入的分析，教学中要充分利用学生的已有的知识经验，对比教学，循序渐进，使学生积极主动地参与教学过程。

3.学生的认识特点：学生在生活经验中已具备一些有关简谐运动的感性认识，如荡秋千、钟摆等；但他们对“怎样的一种力能使小球做简谐运动？”的问题还是模棱两可，对简谐运动的运动性质的认识只停留在表面，不理解简谐运动的动力学的实质，甚至出现理解的错误。因此，在教学过程中要以学生的前知识为切入点，“力是改变物体运动状态的原因”，通过学生观察、思考、逐步引导，让学生对物体做简谐运动的动力学有本质、正确的认识。

在引导学生得出回复力的概念时，采取类比的学习方法，通过《物理（必修1）》学习自由落体的对比尝试，先让同学观察现象，老师记录精确数据，学生自己分析数据，得到简谐运动的动力学特点，从感性认识升华至理性认识，从现象到本质，从特殊到一般的认知过程，符合学生的认知规律，把抽象化为具体，启发学生思维，也体现了“老师为主导，学生为主体”的新课程要求。

【教学目标】

1.知识与技能

（1）理解简谐运动的力的特征；知道弹簧振子的回复力，其公式表达以及物理意义；

（2）初步了解简谐运动的动能、势能、机械能的变化特征，能半定量地说明弹性

势能与动能的转化；知道振幅越大，振动的总机械能越大；

（3）能清晰地描绘弹簧振子完成一次全振动过程中位移、回复力、加速度、速度、

动能、弹性势能、机械能的变化情况。

2．过程与方法

（1）经历仔细观察与认真思考弹簧振子的简谐运动在不同位置的受力与速度情况，

掌握简谐运动的力的特征；

（2）通过教师的诱导，启发学生学习，了解简谐运动的能量的特点；

（3）通过同学间交流与讨论的合作学习，分析简谐运动的全振动过程中位移、回

复力、加速度、速度、动能、弹性势能、机械能的变化情况；

3．情感、态度与价值观

（1）尊重物理情境的客观分析，培养学生对科学世界的辩证唯物的科学观念；

（2）善于抽取、发现物理规律，客观地分析规律的物理含义，知道规律的内涵与

外延，养成良好的学习习惯；

（3）经历“交流与讨论”的学习过程，使学生明白教师与学生、学生与学生相互

合作学习是共同进步的良好途径。

【教学重点】

简谐运动的定义、简谐运动的回复力及能量特征

【教学难点】

简谐运动的动力学分析和能量分析、简谐运动的证明

【教学策略设计】

在教学的指导思想上，始终坚持“教师为主导，学生为主体”的原则，通过教师创设问题情境和有效的设问引导，让学生亲历物理知识的构建过程；

在教学方法上，综合应用实验演示、教师讲授、师生讨论等多种方法，并辅以多媒体等手段，把教学过程设计成基于简谐运动动力学与能量特征为内容的师生对话交流的过程；

在学法指导上，让学生尝试自己观察思考，分析概括，得出结论，教师点评；使学生在获取知识的同时领会物理学的研究方法，培养协作精神、探索精神等情感态度价值观。

【教学用具】

多媒体课件、弹簧振子、铁架台、单摆

【教学过程设计】

课题

《简谐运动的力和能量特征》

（粤教版 3-4模块第一章第二节）

课型

新授课

授课班级

理科班

教学内容

1.通过探究认识简谐运动的运动规律，知道回复力、简谐运动及其动力学特点与能量特征；

2.判断简谐运动和分析能量转换。

教学

工具

多媒体课件、弹簧振子、铁架台、单摆

设

计

思

路

教学方法：

讲练结合、实验探究；体现“以学生为主体、教师为主导”的模式。

教学辅助手段：

制作多媒体课件，用计算机辅助教学。将图片、文字资料制作成课件，以丰富的材料展示给学生，图文并茂，从而为学生掌握知识构建了平台。

教学环节

教学过程

设计意图

教师活动

学生活动

复习回顾

问：1.生活中有那些物体的运动是简谐运动？

2.如何表征简谐运动？

学生举出生活、生产中关于简谐运动的例子；回答表征简谐运动的物理量

温故而知新，建立感性认识。

引

入

课

题

设问：力是改变物体运动状态的原因，那什么力使物体做简谐运动呢？

展示蹦极跳图片和弹簧振子的演示实验。

学生回忆对蹦极跳运动和受力分析；

感受弹簧振子的运动模型，思考问题。

建立对比模型；

迅速吸引学生注意力，由实例激发学习兴趣。

简

谐

运

动

的

力

的

特

征

根据演示实验，引导学生找出受力最大和最小的位置，速度最大和最小的位置。

F₁

F₂

设问：

1.根据表格的数据以上两位置有啥特点？

2.规定正方向后，位移、速度、弹力和加速度方向有何特点？

对比蹦极跳的运动和受力分析思考演示实验，讨论。

学生回答，教师个别指导：

项目	A	AO	O	OB	B
x
v
F、a
动能
势能
总机械能

思考问题，观察数据分析得到结论：位移方向与力的方向相反，满足胡克定律。

通过对比的学习方法，帮助学生用已有的知识理解新的内容。

自主观察，认真探究，总结新的运动规律。

通过对数据的分析，培养学生分析、总结提升能力。

教学环节

教学过程

设计意图

教师活动

学生活动

简

谐

运

动

的

力

的

特

征

教师结合讲授和提问的形式剖析回复力。

一、简谐运动的回复力

1.定义：使振子回到平衡位置的力

2.特点：按力的作用效果命名，方向始终指向平衡位置

3.回复力的来源：振动方向上的合外力

4.简谐运动的动力学特点：

（1）.简谐运动的定义

（2）. F回=–kx

5.简谐运动的运动学特点：

设问：

简谐运动的本质是什么？运动有什么特点？

认真听讲，总结位移、力、速度、加速度特点。

受力分析寻找回复力的来源。

根据牛顿第二定律推导加速度表达式，分析加速度的变化规律回答运动性质。

学生回答：简谐运动的加速度大小和方向都随时间做周期性的变化，所以简谐运动是变加速运动

学生回答：靠近平衡位置，加速度减小，速度增大，反之亦然。

本环节主要是引导学生用已学知识总结提升寻找简谐运动的特点；

让学生在实际得到的数据中寻找规律，主动参与探究，培养学生实践——认识（规律）——实践（解决实际问题）的思想。

简

谐

运

动

的

能

量

的

特

征

二、简谐运动的能量

设问：如图绳子拉着小球在竖直面内做圆周运动，小球做简谐运动吗？

请你列表分析在一个周期内小球的能量转化过程。

甲

设问：如图乙能量转化过程又如何？填到上表。

A^‘

乙

设问：势能跟什么有关？

思考问题，通过实验现象分析能量的变化过程。

学生演示实验；

其他同学完成下表格。

单摆	AO	OB	BO	OA
动能
势能
总机械能

按照同样的方法，分析不同位置的能量，总结能量转化的过程，填上表后三行。

根据老师的引导思考问题。

学生自我总结：跟振幅有关，离平衡位置越远势能越大，动能越小。

学以致用，教会学生通过类比进行学习。

归纳方法。

总结提升，老师点评，培养学生的自主学习和探索的能力。

教学环节

教学过程

设计意图

教师活动

学生活动

简

谐

运

动

的

能

量

的

特

征

设问：通过两个小实验你可以得到关于能量的什么结论？观察运动轨迹图。

设问：简谐运动的能量跟什么因素有关？

学生回答：简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒；

且机械能E=E_Km=E_Pm_。

学生回答：简谐运动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大。

通过实验和图像，形象的表示简谐运动的能量的特征，加深印象，感性认识简谐运动的轨迹，为判断简谐运动做铺垫。

简

谐

运

动

的

判

断

三、简谐运动的判断

思考题：竖直方向振动的弹簧振子所做的振动是简谐运动吗？

设问：如何证明。

请同学们总结判断物体是否做简谐运动的步骤和方法。

判断方法：

（1）、根据物体的振动图像去判断；

（2）、根据回复力的规律F=-kx去判断。

练一练：证明漂浮在水面的木块为谐振子。（已知ρ水，ρ木，木块的横截面积S）

学生根据老师的问题思考问题，思考如何判断一个物体是否做简谐运动。

学生证明。

证明:平衡状态时有:
mg=kx₀
当向下拉动x长度时弹簧所

受的合外力为：

F=-k(x+x₀)+mg
=-kx-kx₀+mg
=-kx
(符合简谐运动的公式)

学生总结证明步骤：

1、找平衡位置；

2、找回复力；

3、找F=kx；

4、找方向关系。

学生证明木块是否做简谐运动。

引导学生用新学的知识解决实际生活问题，学以自用，巩固知识，加深印象。

锻炼学生分析能力，运用知识的能力。

学以致用。明确简谐运动的规律。

教学环节

教学过程

设计意图

教师活动

学生活动

弹

簧

振

子

的

特

征

四、总结弹簧振子的三个特征

“讨论与交流”

请同学们填好表格，从表格总结弹簧振子的三个特征。

学生完成课本p6的表1-2-1相关内容。

学生回答：

①运动图像是具有正弦或余弦规律的图像；

②力总是与位移的大小成正比，方向相反；

③能量中动能与弹性势能之和机械能不变。

进一步总结得出简谐运动的运动规律和能量特征。

练

习

巩

固

练习1、做简谐运动的物体，当位移为负值时，加速度和速度的方向如何？

练习2、在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，下列各组中描述振动的物理量总是相同的是:( )

A．速度、加速度、动能

B．加速度、回复力和位移

C．加速度、动能和位移

D．位移、动能、回复力

学生思考。

学生回答。

学以致用。

加深对简谐运动的理解。

提升能力。

课堂小结

引导学生回顾知识：

简谐运动及其回复力

简谐运动的能量

简谐运动的判断

总结弹簧振子的三个特征

回顾本节课所学知识。

知识构建，能力提升。

布置作业

P6 练习1.2

课后完成作业。

巩固提升。

【板书设计】

第二节简谐运动的力和能量特征

一、简谐运动及其回复力

1.简谐运动：①定义 ②理想化模型

2.回复力：

二、简谐运动的能量

1.动能和势能之间互相转化，机械能守恒

2.机械能E=E_Km=E_Pm

三、简谐运动的判断

方法：根据运动图像或回复力规律

四、弹簧振子的三个特征

1.运动图像特点

2.回复力的特点

3.能量的特点

【教学反思】

1、本节内容出现在高考出现几率极低，但是新课程标准对机械运动作了明确规定：“通过观察和分析，理解简谐运动的特征”，本教学设计跳出应试教育的圈子，回归到物理内容的教学和探讨，本设计把简谐运动的运动特点作为知识要点，主要是通过蹦极跳和单摆的常见的运动模型用对比的学习方法展开教学，培养学生的自主学习能力，用旧知识解决新问题的能力，实际效果显著，基本上达到课前制定的教学目标。

2、本节主要有两个三级主题：一是简谐运动的力的特征；二是是简谐运动的能量的特征，所以本节重点是围绕简谐运动的动力学特点和能量而展开。在实际教学设计中增加了简谐运动的判断，这个是一个难点，而且在实际的过程中学生的理解中存在一定的困难，浪费了不少时间，显得内容过多，主题不突出，实际教学中建议可以删去练习：证明木块做简谐运动的例子，例题可以保留，并做简单的分析说明加以判断，正因为如此，课堂巩固练习没法按时完成，时间显得稍紧张，在教学内容上还需要进一步甄别取舍。

相关阅读推荐：

› 简谐运动的回复力和能量说课

› 简谐运动的力和能量特征说课设计

› 简谐运动说课稿

[]

分享到：