人教版 (2019)选择性必修 第一册简谐运动的描述表格教案设计

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册简谐运动的描述表格教案设计，共4页。
课程基本信息
学科
高中物理
年级
高二年级
学期
秋季
课题
简谐运动的描述
教科书
书 名：普通高中教科书物理选择性必修第一册
出版社：人民教育出版社 出版日期：2020年5月
教学目标
物理观念：1.简谐运动的振幅、周期、频率的概念及物理意义；
2.理解振动物体的固有周期和固有频率与振幅无关；
3.理解相位的物理意义。
科学思维：1.能用振幅、周期、相位等概念描述、解释简谐运动
2.会用数学表达式x＝Asin（ωt＋φ）描述简谐运动
3.能根据实验结果分析数据、发现特点、形成结论。
科学探究：1.能设计实验探究小球振动周期是否与振幅有关
2.能通过计算机显示声音的振动图像
科学态度与责任：培养学生观察、分析、实验能力和动手能力，体会物理与生活科技的紧密联系，激发学习物理的兴趣。
教学内容
教学重点：
1.简谐运动的振幅、周期和频率的概念及物理意义；
2.理解振动物体的固有周期和固有频率与振幅无关；
3.理解相位的物理意义。
教学难点：
1.振幅和位移的区别和联系；
2.对全振动概念的理解；
3.理解相位的物理意义。
教学过程
（一）创设情境，引入新课
创设情境：1.展示傅科摆、浮标、琴弦等生活中的振动图片
2.展示弹簧振子的运动
提出问题：通过上一节课的学习，我们知道了生活中有些物体的振动可以近似为简谐运动，为了方便分析，我们建立了弹簧振子这种理想模型，请同学们观察弹簧振子的运动，说一说它有哪些特点？
分析：往复性、周期性、对称性等等
提出问题：根据这些特点，我们可以用哪些物理量来描述简谐运动的这种独特性呢？
猜测： 位移、速度、最大位移、周期、频率等等……
引入新课：以上物理量可以描述简谐运动的哪些特征呢？让我们带着以上问题一起走进今天的物理课堂。
（二）合作探究，新课教学
任务一：理解振幅概念及其物理意义
演示实验：让弹簧振子在两次不同振幅下振动
提出问题：刚才的实验中，小球前后两次振动强弱一样吗？
要描述振动的强弱，可以用哪个物理量？
讨论：位移、速度行不行？如果不行，最大位移行不行？
总结：最大位移有方向，而描述强度不需要方向，看来只要知道最大距离就行，这就是振幅了。
归纳总结:
振幅：
1.定义：振动物体离开平衡位置的最大距离，叫作振动的振幅。
2. 振幅是描述振动强弱的物理量，国际单位是m。
问题情境：展示正弦函数关系式及图像
提出问题：前一节，我们已经知道做简谐运动的物体位移与时间满足正弦函数关系，表达式为x＝Asin（ωt＋φ），从公式上看，位移的变化范围是多少？
分析：因为｜sin（ωt＋φ）｜≤1，所以｜x｜≤A，说明A就是物体离开平衡位置的最大距离，也就是振幅。
归纳总结:
3. 振幅是标量，常用字母A表示，A＞0。
思考：振幅与位移的区别与联系？
分析：
对于一个给定的振动：
1.振子的位移是偏离平衡位置的距离，故时刻在变化；但振幅是不变的。
2.位移是矢量，振幅是标量，它等于最大位移的数值。
任务二：理解周期、频率的概念及其物理意义
问题情境：继续观察各种弹簧振子的振动。
提出问题：描述振动的强弱可以用振幅描述，那描述振动快慢用什么物理量好呢？
讨论：速度行不行？最大速度行不行？
讨论过程中注意区分“振动的快慢和振动物体运动的快慢”。
总结：这些弹簧振子都在做周期性的往复运动，可见周期和频率可以描述简谐运动振动快慢。那从什么位置开始到什么位置结束才算一个周期？在对周期下定义之前，让我们先来看全振动这个概念。
问题情境：展示教材图2.2-2
提出问题：（1）物体从M运动到M’算是一次全振动吗？为什么？
（2）物体从P0向左运动，再回到P0向右运动，算是一次全振动吗？为什么？
（3）怎样才算一次全振动？
归纳总结：
1.做简谐运动的物体完成一次全振动所需的时间，叫作振动的周期。物体在单位时间内完成全振动的次数叫作振动的频率。它们都是描述振动快慢的物理量。
2.在判断物体是否完成一次全振动时不仅要看是否回到了原位置，还要看物体的速度是否恢复到与起始时刻完全相同，这样一个完整的振动过程称为一次全振动。
归纳总结:
周期和频率:
（1）全振动：一次完整的振动过程。
（2）周期T：完成一次全振动所需的时间，单位：s。
频率f：单位时间内完成的全振动的次数，单位：Hz
两者间的关系：T=1/f
做一做：测量小球振动的周期
弹簧一端固定，另一端系着小球，让小球在竖直方向上振动。
提出问题:1.将振动最低点或最高点作为计时起点是否合适？
2.测量一次全振动的时间，把它作为周期，误差大吗？如何减小误差？
分析：1.考虑到人的反应时间，最好从平衡位置开始计时。
2.由于周期太小，为减少误差，我们采用累积法，用秒表测出n次全振动的总时间t，则周期为tn。
猜测：弹簧振子的周期由哪些因素决定？会不会和振幅有关？
实验探究：弹簧振子的周期是否与振幅有关？
用同一弹簧振子,分别测出不同振幅下的周期进行比较。
振幅
A1
A2
周期
结论:弹簧振子周期和振幅无关.
总结:通过上述实验我们可以得到弹簧振子的周期与振幅无关,由振动系统本身决定。实际上，除了刚才的实验，所有振子的周期(或频率)由振动系统本身的性质决定,称为振子的固有周期或固有频率。
提出问题：简谐运动表达式中A代表振幅，那x＝Asin（ωt＋φ）中哪个物理量和T有关呢？先来思考一个问题。
思考：试计算，时间t每增加多少，sin（ωt＋φ）这个量循环变化一次？
分析：经过一个周期，时间从t1增加到了t2,周期T= t2- t1，sin（ωt＋φ）循环一次，则（ωt2＋φ）-（ωt1＋φ）=2π，整理可得ω=2π/T=2πf
归纳总结：ω是一个与周期成反比、与频率成正比的量，叫作简谐运动的“圆频率”。它也表示简谐运动的快慢。
任务三：理解相位概念及其物理意义
演示实验：观察两个并排悬挂的弹簧振子的振动情况
演示1：把两个小球拉到相同的位置，先把第一个小球放开，再放开第二个，观察两球的振幅、周期、振动的步调。
思考：两个相同的弹簧振子先后开始振动，它们的振动有何不同呢？能否用振幅、周期、频率来描述这种不同？
总结：在物理学中，我们用不同的相位来描述简谐运动在各个时刻所处的不同状态。从x＝Asin（ωt＋φ）可以发现，当（ωt＋φ）确定时，sin（ωt＋φ）的值也就确定了，所以（ωt＋φ）代表了做简谐运动的物体此时正处于一个运动周期中的哪个状态。（ωt＋φ）就叫作相位。Φ是t=0时的相位，称作初相。如果两个简谐运动的频率相同，其初相分别是φ1和φ2，它们的相位差是Δφ ＝ φ1 － φ2。如果两个小球振动的步调总是一致，则称为同相；如果两个小球振动的步调完全相反，则称为反相。
下面通过一个趣味游戏模拟一下同相、反相振动。
演示实验：感受相位意义
找两位同学一起做同相、反相运动。
总结：现在我们来总结一下，这节课我们主要学习了描述简谐运动特征的几个物理量：振幅，它用来描述简谐运动的强弱；周期和频率，它们用来描述简谐运动的快慢；相位，它用来描述做简谐运动的物体此时正处于一个运动周期中的哪个状态。若已知一个简谐运动的振幅、周期 、初相位，就可以知道物体在任意时刻t的位移x是Asin（ωt＋φ）。
（三）拓展——用计算机呈现声音的振动图像
用计算机录音功能录制两个不同音叉的振动声音，把它们保存起来。用媒体播放软件显示这两个声音，把播放软件界面中“条形与波浪”的选项设置为“波形”。按下“暂停”键得到静止的图像。
利用截屏功能截取音叉1不同时刻的振动图像复制到同一张空白幻灯片上，裁剪掉多余的部分。同样的方法，将音叉2不同时刻的图像也复制到另一张空白幻灯片上。最后，通过比较他们一个周期的长度就可以知道周期之比和频率之比了。