高中物理機(jī)械振動簡諧運(yùn)動教案選修34剖析

1、第一節(jié) 簡諧運(yùn)動教學(xué)設(shè)計說明本節(jié)課是一節(jié)物理知識和方法相結(jié)合,理論探究和實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合的探究課。知識層面主要從振動的定義、振動圖像的得到、猜想和驗(yàn)證等方面展開探究，這其中涉及了理想化模型的思想、圖像法、猜想和驗(yàn)證等物理探究中常用的思想方法，因此本節(jié)課知識體系的展開和物理探究方法的展開完全是糅合在一起的。理論探究側(cè)重學(xué)生思維能力，對于高中學(xué)生而言，比實(shí)驗(yàn)探究更具難度，因此本節(jié)課的理論探究是教師引導(dǎo)下的學(xué)生的探究，主要采用了與已有知識的對比和遷移層層遞進(jìn)的問題分解這兩種方法來加以引導(dǎo)。學(xué)生分組活動的兩個實(shí)驗(yàn)，一是用特殊值法驗(yàn)證猜想，一是沙漏直接記錄法得到x-t圖，這兩種方法都不是最精確的方法，而課

2、堂中卻把最精確的頻閃照片方法和位移傳感器的記錄和驗(yàn)證方法作為演示實(shí)驗(yàn)，這樣做是為了給學(xué)生這樣一種觀點(diǎn)：科學(xué)探究不是遙不可及，不一定要借助很先進(jìn)的工具和儀器，最簡單易行的方法也是好方法。整節(jié)課以方法為線索將學(xué)生的認(rèn)知過程與探究過程加以鏈接，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識的同時又學(xué)習(xí)了物理方法，體驗(yàn)提出問題探索方法（思考設(shè)計、類比遷移）應(yīng)用方法（知識與方法的領(lǐng)會）解決問題（知識與方法的獲得）的科學(xué)探究的一般過程。教學(xué)目標(biāo)：（一）知識與技能1、知道什么是彈簧振子，理解振動的平衡位置和位移。2、知道彈簧振子的位移時間圖象，知道簡諧運(yùn)動及其圖象。（二）過程與方法通過對簡諧運(yùn)動圖象的繪制，認(rèn)識簡諧運(yùn)動的特點(diǎn)。（三）情

3、感、態(tài)度與價值觀1、通過對簡諧運(yùn)動圖象的繪制，培養(yǎng)認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。2、從圖象中了解簡諧運(yùn)動的規(guī)律，培養(yǎng)分析問題的能力及審美能力（逐步認(rèn)識客觀存在的簡潔美、對稱美等）。教學(xué)重點(diǎn)：理解簡諧運(yùn)動的位移時間圖象。教學(xué)難點(diǎn)：根據(jù)簡諧運(yùn)動的圖象弄清各時刻質(zhì)點(diǎn)的位移、路程及運(yùn)動方向。教學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)演示、討論與歸納、推導(dǎo)與列表對比、多媒體模擬展示教學(xué)用具：一端固定的鋼尺、單擺、音叉、小槌、水平彈簧振子、豎直彈簧振子、CAI課件教學(xué)流程圖 開始引入課題確定研究對象：彈簧振子（理想化模型）振動的定義及平衡位置探究一：如何得到圖像師生討論：x-t圖位移的含義師生討論：如何得到時間軸探究二：猜想和驗(yàn)證

4、學(xué)生活動：特殊值法驗(yàn)證猜想演示傳感器獲得圖像正弦曲線擬合驗(yàn)證探究三：學(xué)以致用學(xué)生活動：獲得沙漏的振動圖像演示直接記錄法的應(yīng)用課堂小結(jié)結(jié)束教學(xué)過程：（一）引入新課在自然界中有一種很常見的運(yùn)動，如微風(fēng)中樹枝的顫動、心臟的跳動、鐘擺的擺動、水中浮標(biāo)的上下浮動、擔(dān)物行走時扁擔(dān)的顫動、聲帶的振動、地震時大地的劇烈振動，這些物體的運(yùn)動稱之為機(jī)械振動，簡稱振動。振動是自然界中普遍存在的一種運(yùn)動形式。（演示振動實(shí)例，建立振動的概念，歸納振動的特點(diǎn)）演示：一端固定的鋼尺、單擺、水平和豎直的彈簧振子、穿在橡皮繩上的塑料球、音叉的叉股等物體的振動問題：這些物體的運(yùn)動各不相同，運(yùn)動軌跡有的是直線，有的是曲線；運(yùn)動方向

5、有的在水平方向，有的在豎直方向；物體各部分的運(yùn)動情況有的相同、有的不同，那么它們的運(yùn)動有什么共同特征呢？歸納：物體振動時有一中心位置，物體（或物體的一部分）在中心位置兩側(cè)做往復(fù)運(yùn)動。物體振動時有一個中心位置，如琴弦振動的中心位置就是琴弦靜止時或未開始振動時的位置。這個位置稱為平衡位置。（1）平衡位置：物體振動時的中心位置，振動物體未開始振動時相對于參考系靜止的位置。（2）機(jī)械振動：物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動，叫做機(jī)械振動，通常簡稱為振動。（3）振動特點(diǎn)：振動是一種往復(fù)運(yùn)動，具有周期性和往復(fù)性。（用多媒體展示振動的幾個實(shí)例，在多媒體展示過程中強(qiáng)化“平衡位置”和“往復(fù)運(yùn)動”）教師： 振動是一

6、種新的運(yùn)動形式。我們研究問題的方法都是由淺入深、由簡到繁的。簡諧運(yùn)動是機(jī)械振動中最簡單的運(yùn)動形式，所以我們下面先來研究簡諧運(yùn)動。（二）新課教學(xué)1、彈簧振子演示：水平放置的彈簧振子的振動。觀察、分析、討論：小球原來靜止的位置就是平衡位置。小球在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動，是一種機(jī)械振動。小球的運(yùn)動是平動，小球可以看作質(zhì)點(diǎn)。忽略小球與水平桿之間的摩擦，彈簧的質(zhì)量與小球質(zhì)量相比也忽略不計，將小球拉離平衡位置后由靜止釋放，小球能夠自由滑動。這樣的系統(tǒng)稱為彈簧振子。演示：豎直方向上彈簧振子的振動。（引導(dǎo)學(xué)生觀察、體會彈簧振子的“平衡位置”和“往復(fù)運(yùn)動”，增強(qiáng)感性認(rèn)識。）說明：在中學(xué)階段只研究在沒有阻力的

7、理想條件下彈簧振子的運(yùn)動。小球稱為振子。彈簧振子是一個理想化的模型，它忽略了一些次要的因素。2、彈簧振子的位移時間圖象教師：要進(jìn)一步研究彈簧振子的運(yùn)動規(guī)律，我們首先來研究振子的位移如何變化。說明：以小球的平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿運(yùn)動方向建立坐標(biāo)軸。規(guī)定小球在平衡位置右邊時，位移為正，在平衡位置左邊時，位移為負(fù)。教師：用頻閃照相的方法來顯示振子在不同時刻的位置。投影如圖11.12。思考：如何理解這就是振子的位移時間圖象，即x-t圖象。學(xué)生：思考、討論。發(fā)表見解。因?yàn)閿z像底片從下向上勻速運(yùn)動，底片運(yùn)動的距離與時間成正比。因此，可用底片運(yùn)動的距離代表時間軸。振子的頻閃照片反映了不同時刻，振子離開平衡位

8、置的位移。也就是位移隨時間變化的規(guī)律。OAAxx教師：板畫，如圖所示。引導(dǎo)學(xué)生觀察振子從AOAOA的一個循環(huán)，這一循環(huán)可分為四個階段：AO、OA、AO、OA，分析在這四個階段中振子位移的變化，并將定性分析的結(jié)論填入表格中。由A到O運(yùn)動過程中，位移方向由A，隨著振子不斷地向O靠近，位移越來越小。振子的運(yùn)動AOOAAOOA對O點(diǎn)位移的方向怎樣？大小如何變化？向右減小向左增大向左減小向右增大總結(jié)：振動物體的位移與運(yùn)動學(xué)中的位移含義不同，振子的位移總是相對于平衡位置而言的，即初位置是平衡位置，末位置是振子所在的位置。因而振子對平衡位置的位移方向始終背離平衡位置。3、簡諧運(yùn)動及其圖象教師：觀察彈簧振子的

9、位移時間圖象，可以發(fā)現(xiàn)該圖象像數(shù)學(xué)中學(xué)過的何種圖象？學(xué)生：正弦曲線。教師：精確的實(shí)驗(yàn)和理論研究表明，彈簧振子的位移隨時間按正弦規(guī)律變化。像這樣，質(zhì)點(diǎn)的位移隨時間按正弦規(guī)律變化的振動，叫做簡諧運(yùn)動。簡諧運(yùn)動的位移時間圖象為正弦曲線。簡諧運(yùn)動是機(jī)械振動中最簡單、最基本的的振動。彈簧振子的運(yùn)動就是簡諧運(yùn)動。教師：怎樣來記錄振動的圖象呢？演示：在彈簧振子的小球上安裝一只繪圖筆，讓一條紙帶在與小球振動方向垂直的方向上勻速運(yùn)動，筆在紙帶上畫出的就是小球的振動圖象。教師：介紹這種方法在實(shí)際中的重要應(yīng)用。如醫(yī)院里的心電圖儀、地震儀中繪制地震曲線的裝置等，都用類似的方法記錄振動情況。如圖所示。（三）課堂小結(jié)物體

10、在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動，叫做機(jī)械振動。彈簧振子是我們學(xué)習(xí)的又一個理想化的物理模型。忽略小球與水平桿之間的摩擦，彈簧的質(zhì)量與小球質(zhì)量相比也忽略不計，這樣的系統(tǒng)稱為彈簧振子。彈簧振子的位移隨時間按正弦規(guī)律變化，其位移時間圖象是一條正弦曲線。這樣的振動叫做簡諧運(yùn)動。簡諧運(yùn)動是機(jī)械振動中最簡單、最基本的的振動。學(xué)以致用【引導(dǎo)】用頻閃照片記錄位移時間圖像來研究，比較精確，但是麻煩。有人曾猜想，能不能在小球上涂上墨水，下面墊上白紙，在小球運(yùn)動的過程中讓小球自己把軌跡記錄在白紙上呢？（不可以，紙上記錄的點(diǎn)都在一直線上，分不出）怎么辦？（勻速拖動紙帶。）沙漏不停的漏沙，好像是一支可以記錄軌跡的筆，你有沒

11、有辦法直接記錄沙漏擺動過程的X-t圖呢？【學(xué)生討論】有辦法。待沙漏擺動穩(wěn)定以后，勻速拖動紙帶，就能得到X-t圖【師】做一做，把得到的圖像與同學(xué)分享。并思考以下問題。思考：1、用水筆標(biāo)下紙板的運(yùn)動方向，時間軸的方向和紙板的運(yùn)動方向是什么關(guān)系？ 2、沙擺運(yùn)動的x-t圖是什么形狀？說明沙擺的運(yùn)動是什么運(yùn)動？ （四）布置作業(yè)完成“問題與練習(xí)”中的題目。閱讀科學(xué)漫步中的短文。拓展案例評析：本節(jié)課以方法為線索將學(xué)生的認(rèn)知過程與探究過程加以鏈接，可以看出兩者在本質(zhì)上是統(tǒng)一的。在本節(jié)課里，方法與知識的鏈接關(guān)系如下圖： 理想化模型的方法方法知識什么是彈簧振子？彈簧振子的振動的規(guī)律？圖像法猜想與驗(yàn)證（特殊點(diǎn)驗(yàn)證、圖像擬合法）彈簧振子的x-t圖像是什么曲線？頻閃照相法、儀器記錄法、傳感器記錄法怎樣得到彈簧振子的x-t圖？ 學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識的同時又學(xué)習(xí)了物理方法，物理方法作為課堂教學(xué)的線索