《简谐运动》教学设计

人教版普通高中课程标准实验教科书

物理选修3-4第十一章第一节

《简谐运动》教学设计

宁波市镇海区龙赛中学吕征315201

lufox@

一、设计思想：

1．设计思想：本课的设计思路构建于探究教学模式之“科学探究”模式理论。通过实验探究形成简谐运动规律的认知；让学生在收获振动图象的同时，体验学习探究过程，了解振动图象的获得方法，发展对学科的兴趣与热情，培养实验探究能力和交流协作能力。

2．设计元素：在课堂实践数码类频闪实验操作及实验振动图象仪设计为主辅结合的探究教学，改变了以下几节演示实验的功能。

二、教材分析：

《课标》、《学科教学指导意见》对本课教学内容的要求。

基本要求：①知道机械振动是一种周期性的往复运动。②知道弹簧振子是理想化模型。

③知道弹簧振子的位移随时间的变化规律。④知道简谐运动是最简单、最基本的振动。

⑤知道简谐运动的图象是正弦曲线，会根据图象特点判断物体是否做简谐运动。⑥会用实验方法得到振动图象。

发展要求：①理解简谐运动的图象的意义和特点，知道简谐运动的图象并不表示质点的运动轨迹。②了解振动图象是记录实际振动的常用方法。

选修3-4《机械振动》这一章“简谐运动”的安排与过去不一样，简谐振动的新授课定义与过去也不同。在过去的教学中先是从动力学的角度下的定义开始就说：“物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动，叫做简谐运动。”从认知为什么这样运动的角度就好像在说：“物体在大小、方向都不变的力的作用下的运动叫做匀变速运动。”而新教科书中简谐运动的定义是从运动学的角度来定义简谐运动，“如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。”因为实际上，大多数情况下人们对事物的认识总是首先大致回答“是什么”，然后再探讨“为什么”。

认知机械振动这种非匀变速往复杂运动，先把运动的描述与运动的成因分清楚，这种教学安排在必修1中先学习“运动的描述”“匀变速直线运动的研究”后学习“相互作用”“牛顿运动定律”的理念一脉相承，承前启后。目的是使学生的思维条理化，这属于科学方法、科学态度教育的范畴。

探究简谐运动的规律就从探究简谐振动图象的过程建立起来，在猜想验证的过程中认知简谐运动的图象是一条正弦曲线，在拓展设计振动图象仪的过程加深简谐运动的图象并不表示质点的运动轨迹印象，并了解到时空转换思想是记录实际振动的常用方法。

原教材设计与前认知有距离，学习要求高。新课程中以探究感知简谐运动的图象来引入非匀变速往复运动规律的学习，教材以生动的素材、具有时代性的实验事例和帖近学生原有认知的知识编排为基础，增加了实验感性认识素材，增强了趣味性和灵活性，重视基础和思路，更注重“研究性学习”，力图激发学生主动学习、探究学习的渴望。

三、学情分析：

①电学内容结束后，学生学习机械振动会觉得“振动现象在自然界中广泛存在”并不陌生。为什么没有一起安排在运动学里呢？通过现象分析到弹簧振子的实验观察，会发现简谐振动是非匀变速的往复来回运动，是与原来学习的运动类型相异的复杂运动时，会感受到到好奇和求知欲。但大多数学生在已有的认知水平和能力基础上去自然简单套用。

②学生对振子位移的物理定义理解上会感到冲突和困难。

③由于条件所限闪光照相法教学实践中很少会实际操作，课堂学生互动实验操作会有困难。

④学生在设计用实验方法得到振动图象时会遇到大的困难，设计不出。

⑤可能早已有了数学函数及图象认知而缺乏新鲜感，产生认知欲疲劳没有了主动性。

四、教学目标：

（一）、知识与技能

1、知道机械振动是一种周期性的往复运动

2、知道弹簧振子是理想化模型

3、知道弹簧振子的位移随时间的变化规律

4、知道简谐运动是最简单、最基本的振动

5、知道简谐运动的图象是正弦曲线，会根据图象特点判断物体是否做简谐运动

（二）、过程与方法

1、培养学生猜想能力，了解运用实验和图象方法探究物体运动规律的能力

2、了解到时空转换思想是记录实际振动的常用方法，会用实验方法得到振动图象

3、在实验论证猜想环节，培养运用数学图象知识描述物理规律，运用图象的能力

（三）、态度情感与价值观

1、运用实验物理方法探究简谐运动规律图象，体验到物理学研究的社会价值和科学价值。

2、通过科学探究教学培养学生的科学探究兴趣和热情。

五、重点难点：

重点：1、弹簧振子理想化模型

2、弹簧振子的位移随时间的变化规律

3、运用时空转换思想记录实际振动的方法

难点：1、运用数学图象描述弹簧振子的位移随时间的变化规律

2、运用时空转换思想记录实际振动的方法

六、教学方法和教学手段

1．教学方法：运用物理“科学探究”教学模式。

2．教学手段：演示实验、分组实验相结合，数码计算机辅助。

七、课前准备：

1.学习黄国龙著作《新课程背景下中学物理》探究教学模式构建和策略探讨》、谷雅慧课程标准高中物理教科书(人教版)选修3-4编写思想

2.了解学生的认知水平和物理学科兴趣水平

3．教学环境：物理实验室，将准备好的分组实验器材先放置于学生桌下。

4．教学用具：演示视频，弹簧振子（水平式，竖直式）各一套，线槽轨道，数码相机理光R5系列三脚架二套；注演示射器摆锤，双铁架台，木板安装完成一套，多媒体课件。

八、教学过程：

1．观察自然生活，结合实践，引入新课

[观察演示视频]日常自然生活和社会生活中的各种振动现象：1．钟摆的摆动2.水中浮标的上下浮动3．树梢在微风中摇摆4．琴弦的振动5．地震等等。

课堂互动演示：请一位同学来手拉开（如图1）的弹簧小球装置，观察作用效果。启发学生发现这些物体振动的共同特点，建立振动的概念。

引入新课：类似于以上这种物体或物体的一部分在某一中心位置附近做来回往复运动，叫机械振动，简称振动。揭示自然生活中的各种振动现象的普遍性。学习和研究并且发现这类振动的物理规律是很具有价值和重要意义的。

2．运用“科学探究”教学模式，引导学生探究弹簧振子的运动规律

（1）从复杂到简单分析讨论，提炼研究模型。

[师生对话]与实际振动现象相比较，振子和弹簧构成的振动系统是简单的，基本的。在振子和弹簧构成的振动系统中，如果弹簧质量与小球相比小得多可以忽略，则作来回往复运动只是振子，最简单。如果摩擦可以忽略，则最基本。我们用这个最简单，最基本的振动振子来作为实际机械振动的理想运动模型。

（2）迁移运动学研究方法，认知振子的位移定义。

[引导性提问]在直线运动研究中我们首先要确定记录运动物体在不同时刻的具体位置，即运动物体的位移大小和方向。作来回往复运动的振子如何确定它的位移呢？

[师生对话]根据位移知识，先要明确来回往复运动的振子的初始位置。往复运动是运动方向发生变化的直线运动。选取振子在静止时的平衡位置为振子的位移初始位置对分析运动最简单。

（3）优化课堂实验情境，真实记录弹簧振子运动过程

[引导性提问]在运动学的研究方法中有哪些记录运动

物体在不同时刻的位移的实验方法和手段呢？

[师生互动实验]可以采用打点记录，频闪照相，描轨

法等方法来记录运动，进面分析运动特点，发现运动规律。利

用理光R5系列数码相机的M 连拍功能，交流方案，选取多

种（三种方案）振动运动情境课堂实拍摄数码连拍照片。

图

1

方案三圆弧面上小球