高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册简谐运动的回复力和能量教学设计及反思

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册简谐运动的回复力和能量教学设计及反思，共31页。教案主要包含了简谐运动的回复力，简谐运动的能量等内容，欢迎下载使用。
人教版选择性必修一第二章第3节：简谐运动的回复力与能量
课表分析
本节内容属于人教版选择性必修一模块中“机械振动与机械波 ”主题，《普通高中课程标准 （2017年版2020年修订）》中明确要求“引导学生从相互作用和能量的角度认识机械运动和机械波，了解波动的特征，为深入学习和研究电磁波打好基础。”
教材分析
在前两节从运动学角度定义和描述简谐运动的基础上， 本节从动力学角度认识物体做简谐运动 的原因， 分析简谐运动中的能量及其变化特点， 为后续研究、解释单摆、受迫振动等机械振动提供 了基础， 起到承上启下的作用。教材再次以最弹簧振子为例， 分析回复力 F 与位移 x 的关系， 从而 帮助学生理解最基本、最简单的机械振动—— 简谐运动的受力特点， 符合研究物体问题的一般步骤。 教材以弹簧振子的小球受力满足什么特点才会做简谐运动引入本节内容， 启发学生从动力学的角度 思考简谐运动，自然完成了从运动学到动力学的的转化。本单元以研究新形式机械运动过程中的真实学习情境为单元主线，在真实的学习情境引领下， 完成对机械振动的系统研究。本节课重点是从分析运动的两个基本角度——动力学和能量， 认识简谐运动的特点， 总结判断简谐运动的方法， 为下节课研究单摆做铺垫， 提供了探究问题的一种方法。
学情分析
学生已经拥有分析和简化物理模型的能力，已学习了胡克定律、牛顿运动定律及功能关系，在 本章开篇又学习了简谐运动的概念及其描述方法，所以本节学习简谐运动的回复力和能量、探究简 谐运动的原因应是水到渠成的。学生对动力学的规律比较熟悉，这节课的任务是引导学生把知识和 规律运用到新的物理现象中，分析并解决问题。对于振动过程中的能量问题，教材从弹簧形变量的 变化和振子速度的变化角度分析势能和动能的变化情况。对于基础较好的学生，可以从功能关系角度定量分析简谐运动过程中的机械能守恒问题，从能量转化角度，理解简谐运动这一理想化模型。
核心素养：
1.科学思维：
（1）通过实例分析，理解回复力的概念及性质。
(2)通过对弹簧振子模型的分析，理解简谐运动的规律(位移、回复力、加速度、速度的变化规律)。
(3)通过阅读教材内容，能够定性说明简谐运动的能量转化。
2.科学探究
（1）会利用回复力的知识来判断物体的运动是否是简谐运动。
（2）通过对弹簧振子的运动和能量的分析，能定性地说明弹簧振子系统的机械能守恒，形成能量观和运动观。
3.科学责任与态度
在实验过程和理论推导过程中，做到认真规范，养成实事求是的科学态度。
教学重点
掌握简谐运动的动力学特征，明确回复力的概念．
教学难点
理解简谐运动过程中位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况。
教法、学法
“循环递进式探究”教学法：设置问题串，通过分组实验开展教学。以问题导入，任务驱动，问题嵌入，促进深度学习，实现教学进阶。
教学资源
多媒体课件、多种玩具小车、水平弹簧振子，简谐运动扫描仪等。
教学流程设计
教学环节
教学活动
设计意图
预
习
检
查
检查学生的导学案，并大致讲解。
（一）、简谐运动的回复力
1．回复力
(1)定义：振动质点受到的总能使其回到 的力．
(2)方向：指向 ．
(3)表达式：F＝ .
（二）、简谐运动的能量
1．振动系统(弹簧振子)的状态与能量的对应关系，弹簧振子运动的过程就是 和 互相转化的过程．
(1)在最大位移处，动能 ，势能 ．
(2)在平衡位置处，动能 ，势能 ．
2．简谐运动的能量特点：在简谐运动中，振动系统的机械能守恒，而在实际运动中都有一定的能量损耗，因此简谐运动是一种 的模型．
充分了解学生的预习情况，方便教学。
新
课
导
入
复习:物体做简谐运动时，位移与时间遵从什么规律?
学生回答：正弦函数
思考：下图中三个物体哪个做简谐运动？如何判断？
引发学生思考；再次提醒学生简谐运动中位移与时间的关系。
让学生用简谐运动扫描仪完成其图片，获得学习物理的成就感。
学生观看简谐运动的位移时间图像，对前面所学的知识点进行加深，知道如何从运动学的角度分析物体是否做简谐运动。
同时抛出问题：如何从动力学的角度分析物体是否做简谐运动呢？
通过观看小实验并回答问题吸引学生学习新知识的兴趣。
新
课
教
学
一、简谐运动的回复力
探究活动一：分析A、B、C、D四点的受力情况和位移及合力的效果
观察弹簧振子的运动，并尝试做出以下A、B、C、D四个点的回复力方向和位移方向？
弹簧振子的力有什么特点？
方向：F的方向总是指向平衡位置，总与位移方向相反。
作用效果：F的作用效果“总想”把小球拉回平衡位置。
安排学生活动
请阅读课文，根据上述讨论，总结一下回复力的概念：
1.定义:使物体在平衡位置做往复运动的力 。
2.来源：回复力可以是弹力,也可以是其它力(包括摩擦力);可以是某一个力，或几个力的合力,或者某个力的分力.
3.效果：总是使物体回到平衡位置.
4.方向: 始终与位移方向相反，总是指向平衡位置。
探究活动二：分析两图中A、B、C的回复力情况
学生通过个人探究、小组合作、老师讲解，进一步加深其对回复力的理解。
同时，教师抛出问题：
物体在做简谐运动的过程中，其受的回复力大小到底跟什么有关系呢?
探究活动三：推导合外力与位移的关系
学生通过分析得到：
问题：x一定是弹簧的形变量吗？如何弹簧振子在竖直方向上做简谐运动，那么x还是弹簧的形变量吗？
学生对下图进行受力分析推导其关系式：
教师引导学生分析，得到x不是弹簧的形变量，而是指物体做简谐运动的位移。
安排学生活动;
引导学生分析总结回复力的大小和公式，并板书
5.大小: F=-kx
负号表示回复力方向始终与位移方向相反。
通过分析总结，形成共识：
对一般的简谐运动，由于回复力不一定是弹簧的弹力，所以k不一定是劲度系数而是回复力与位移的比
【典例1】如图所示在倾角为 的光滑斜面上有个小球沿斜面拉下一段距离，然后松开。假设空气阻力可忽略不计，试证明小球的运动是简谐运动。
解答过程：
教师抛出问题：
我们知道回复力的知识点，那么弹簧振子在水平方向做简谐运动过程中能量如何变化呢？
二、简谐运动的能量
探究活动四：简谐运动中各个物理量的变化规律
教师引导学生进行分析总结：
弹簧振子做简谐运动过程中所存在的规律;
位移、回复力、加速度x三者同步变化,与速度的变化相反。
把握两个特殊位置：
最大位移处:x、F、a、Ep最大，v、Ek为零；
平衡位置处:x、F、a、Ep为零，v、Ek最大.
两个过程:
动能和势能相互转化，机械能不变。
最后用这个小游戏总结学生的学习情况，进一步激发学生的学习兴趣：
【典例2】图1为水平方向的弹簧，一端固定，另一端栓结一个小球，在水平横杆上运动，摩擦均不计，弹簧原长位置为B点，A和C为左右两边的运动最远点，以B点为坐标原点，该运动位移-时间图像如图2，则（ ）
A．AC距离为5cm
B．从A到C的时间为6秒
C．从B到C做匀减速运动
D．从C到B弹性势能转化为动能
【典例3】 (多选)把一个小球套在光滑细杆上,球与轻弹簧相连组成弹簧振子,小球沿杆在水平方向做简谐运动,它围绕平衡位置O在A、B间振动,如图所示,下列结论正确的是( )
A.小球在O位置时,动能最大,加速度最小
B.小球在A、B位置时,势能最大,加速度最大
C.小球从A经O到B的过程中,回复力一直做正功
D.小球从B到O的过程中,振动的能量不断增加
通过对弹簧振子的受力分析和位移方向的判断，得到弹力的方向和其效果。
学生总结，教师进行板书，加强学生记忆。
通过探究活动二，加深学生对物体回复力的定义、来源、效果、方向等知识的理解。
通过探究活动三，引导学生总结回复力的大小影响因素，推出回复力的公式。
通过讲解例题1反馈学生学习新知识的情况
通过完成探究活动四，总结物体做简谐运动时位移、回复力、加速度、动能、势能、机械能等变化情况。
通过例题2和例题3的讲解反馈学生学习情况
作业设计

1.对今天所讲的知识点进行复习，并完成导学案后面的三个小题；
2.总结自己存在的问题，方便下节课进行讲解；
3.做好预习工作——第二节《全反射》。
通过预习了解光的全反射等知识，同时完成相应的作业，巩固所学知识点。
板书设计
通过板书让学生理解这节课的重点和难点，进一步加深学生对所学知识点的理解。
课后反思
概念教学是物理教学的难点，光的折射概念是光学中的重要概念。概念教学应讲清三个问题：为什么要引入一个新概念？如何定义新概念？新概念为何这样定义？对于光的折射，教学中要讲清楚光路图简化的必要性。物理概念教学要让学生理解上述几个问题，给予学生时间思考这些问题，在问题的解决中完成物理概念的建构和意义建立，这非常有利于培养学生的逻辑思维能力。