高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册2 简谐运动的描述教学设计及反思

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册2 简谐运动的描述教学设计及反思，共8页。教案主要包含了简谐运动的表达式等内容，欢迎下载使用。

课 题
2.2 简谐运动的描述
课 型
新授课 eq \\ac(□,√) 复习课□ 试卷讲评课□ 其他课□
授课班级
授课时间
教学内容分析
简谐运动的描述是上一节简谐运动的延续，教材基于上节内容中“做简谐运动的物体位移与运动时间关系”引出数学上的正弦函数，教材根据正弦函数的性质和特点，运用数学推导，得出圆频率与周期之间的关系，这种利用逻辑思维的方法，有利于学生建立和理解两者之间的关系。相位这个概念是本节教学的难点，教材并没有对相位这个概念提出很高的教学要求，而是通过数学表达式、演示实验，让学生在观察、思考中对两个振动的相位进行感受和比较，这有利于化解难点。在本章真实情境任务“描述新的运动形式”的引领下，本节重点解决的问题是如何从运动学的特征描述简谐运动的独特性。从真实情境出发，以解决问题为目标，结合数学相关知识给出描述简谐运动的物理量(振幅、周期和频率、相位)及简谐运动在任意时刻位移的表达式，在运用所学的过程中生成新的问题，为下一课时任务做好铺垫。
学习者
分析
学生在学习了描述物体圆周运动物理量后，对周期与频率描述并不难接受，通过在上节课中经历探究弹簧振子位移--时间关系的过程中，已经认识到简谐运动具有周期性，但对振幅和相位的意义理解是一个新问题，因此要通过区分位移、振幅、路程的概念，加深学生对振幅与相位的理解。
教学目标与核心素养
物理观念：知道简谐运动中的几个基本参数的概念及物理意义。
科学思维：通过引导学生对周期、振幅、频率、相位等相关概念的认识与理解的过程，引导学生找到各物理量之间的关系，提升学生的辩证思维与科学推导物理问题的能力。
科学探究：通过对弹簧振子周期测定，提高学生的动手能力及解决实际问题的能力。
科学态度与责任：培养学生的实际动手能力，养成善于观察、辩证，能够理论结合实际从而解决物理问题的学习态度。
教学准备
多媒体课件、导学案、视频。
活动设计
教学内容
教师活动
学生活动
评价任务
知识回顾（导学案，要求学生课前完成）
设置情景引入
在前面我们已经认识了简谐运动，那么首先我们先来回顾以下几个概念。
1什么是机械运动？
2什么是简谐运动？
我们用位移、速度、加速度等物理量来描述匀变速直线运动的特征，用角速度、周期、转速等物理量来描述匀速圆周运动的特征。那么我们哪些量来描述简谐运动的特征呢？
思考，讨论并回答问题
引导学生巩固简谐运动概念，体会简谐运动的周期性与对称性
探索新知： 知识点一：、描述简谐运动的物理量
通过观察弹簧振子运动的演示视频，引入新课。
安排学生阅读教材内容，回答什么是周期和频率
通过试验探究:
周期与振幅、周期与弹簧劲度系数、周期与振子的质量关系，得出结论。
列举生活中的振动固有频率和周期例子
通过实验视频，理解相位的概念。
观察察模拟弹簧振子运动的振动范围定义振幅
′
1.振幅
（1）定义：振动物体离开平衡位置的最大距离.用A表示.
（2）单位：在国际单位制中，振幅的单位是米（m）.
（3）物理意义：表示振动强弱的物理量，振幅越大，表示振动越强。
2.深入理解及时讨论：
上一节课我们学习了振动物体的位移，本节我们认识了简谐运动的振幅。有人说振幅只不过是振动中位移的一个特殊值而已，你是否赞同这个观点？
引导学生通过类比，深入辨析位移与振幅这两个概念。
（二）继续观察模拟的弹簧振子实验思考如何定义周期
1.观察理解定义全振动
（1）如何理解一次全振动呢？以水平振子为例从O点出发O—D—B—D—O是一次全振动吗？
（2）若从振子经过C向右起，经过怎样的运动才叫完成一次全振动？
（3）结合位移时间图理解全振动的概念
（4）小结全振动的特点
在判断是否为一次全振动时不仅要看是否回到了原位置，而且到达该位置的振动状态（速度）也必须相同，才能说完成了一次全振动。只有物体振动状态再次恢复到与起始时刻完全相同时，物体才完成一次全振动。
振动物体以相同的速度相继通过同一位置所经历的过程，也就是连续的两次位置和振动状态都相同时所经历的过程，叫做一次全振动。
一次全振动是简谐运动的最小运动单元，振子的运动过程就是这一单元运动的不断重复。
′
2.周期
（1）定义：做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间，叫做振动的周期，用T表示.
（2）单位：在国际单位制中，周期的单位是秒（s）.
（3）物理意义：表示振动的快慢，周期越长表示物体振动得越慢，周期越短表示物体振动得越快.
3.频率
（1）定义：单位时间内完成的全振动的次数，叫做振动的频率.用f表示.
（2）单位：在国际单位制中，频率的单位是赫兹（Hz）.
（3）物理意义：频率是表示物体振动快慢的物理量，频率越大表示振动得越快，频率越小表示振动得越慢.
（4）周期与频率的关系：
4.拓展探究
如图所示，为一个竖直方向振动的弹簧振子，O为静止时的位置，当把振子拉到下方的B位置后，从静止释放，振子将在AB之间做简谐运动，给你一个秒表，怎样测出振子的振动周期T？
5.实验探究
猜想弹簧振子的振动周期可能由哪些因素决定?如何验证你的猜想呢？
探究一：探究周期与振幅的关系
探究二：探究周期与弹簧劲度系数的关系
探究三：探究周期与弹簧振子质量的关系
实验结论：
通过上述我们知道弹簧振子的振动周期由振动系统本身的质量和劲度系数决定，而与振幅无关，所以常把周期和频率叫做固有周期和固有频率。
6.拓展了解
（三）观察实验思考两个振幅和周期都相同的弹簧振子其振动情况是否相同呢？
要详尽地描述简谐运动，只有周期（或频率）和振幅是不够的，在物理学中我们用不同的相位来描述简谐运动在一个全振动中所处的不同阶段。
相位
（1）物理意义:是表示物体振动步调的物理量。
（2）单位:弧度

观察实验视频
通过视频演示，知道全振动
阅读教材，了解周期和频率。
分析并回答问题，小组合作设计实验，进行探究，得出实验结论。
观察图片。
观察演示试验视频，思考振动不同原因。
通过观察 理解简谐运动的振幅，会定义振幅
通过概念辨析理解振幅与位移的区别和联系
通过深入思考理解全振动的概念。
引导学生理解周期频率
引导学生学会用积累的方法来测量微小物理量
通过猜想假设，设计实验，观察实验，总结结论，培养学生的实验探究能力与对比分析能力
了解生活中一些振动的固有周期和频率
通过观察实验理解相位的概念
探索新知： 知识点二：简谐运动的表达式
通过学习振幅、周期、相位等概念总结出简谐运动的表达式，理解各物理量的意义。
二、简谐运动的表达式
通过上一节课的学习我们知道简谐运动的位移x和时间t的关系可以用正弦或余弦曲线来表示，刚刚我们又学习了描述简谐运动的物理量A、Ｔ、f、，那么根据三角函数知识，
请同学们思考一下x和t的关系可以写成什么样的表达式呢？
1．简谐运动的表达式：x＝Asin(ωt＋φ)
2．各量的物理含义：
(1)圆频率：表达式中的ω称做简谐运动的圆频率，它表示简谐运动物体振动的快慢。与周期T及频率f的关系：ω＝＝2πf；
(2)φ表示t＝0时，简谐运动质点所处的状态，称为初相位或初相。ωt＋φ代表做简谐运动的质点在t时刻处在一个运动周期中的哪个状态，所以代表简谐运动的相位。
3．从运动方程中得到的物理量：振幅、周期和圆频率、初相位，因此可应用运动方程和ω＝2πf对两个简谐运动比较周期、振幅和计算相位差。
4.借助表达式深入理解相位差。
阅读教材写出简谐运动的表达式。
通过阅读教材理解简谐运动的表达式中各物理量的意义。
课堂练习
例1.弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点间做简谐运动，BC相距20cm，某时刻振子处于B点，经过1s，振子首次到达C点，求：
振子的振幅；
（2） 振子的周期和频率；
（3） 振子在2.5s内通过的路程及位移大小。
小结经验：
例2.关于简谐运动的周期,以下说法正确的是( )
A.间隔一个周期的整数倍的两个时刻物体的振动情况相同
B.间隔半个周期的奇数倍的两个时刻,物体的速度和加速度可能同时相同
C.半个周期内物体的动能变化一定为零
D.一个周期内物体的势能变化一定为零
小结经验：
课堂小结
利用思维导图引导学生完成
主板书设计
简谐运动的描述
描述简谐运动的物理量——振幅、周期、频率和相位
振幅：描述振动的强弱；
周期和频率：描述振动的快慢；
相位：体现了振动的步调；
简谐运动的表达式：
x＝Asin（ωt＋φ）
教学反思