人教版 (2019)3 简谐运动的回复力和能量教案

这是一份人教版 (2019)3 简谐运动的回复力和能量教案，共5页。教案主要包含了创设情景 引入课堂等内容，欢迎下载使用。

课 题
2.3 简谐运动的回复力和能量
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
2023年 月 日
教学内容分析
本节课以水平弹簧振子为例子，从动力学和能量的角度来研究简谐运动。通过分析水平弹簧振子的受力特点，结合胡克定律，引出回复力的概念，且和向心力一样是效果力。最后通过探究简谐运动过程中位移、速度的变化，引出了势能和动能的变化规律，进而得到振子的机械能的变化情况，这样深刻的理解了简谐运动是一种理想模型。
学习者
分析
学生认识了弹簧振子模型，并且知道了简谐运动方程及图像物理意义的基础上，从本质上探讨简谐运动产生的动力学问题，引出回复力的概念，最后通过对简谐运动中质点的加速度、速度、位移、弹性势能、动能及机械能的变化规律，从而达到对简谐运动的深入了解。
教学目标与核心素养
物理观念∶知道回复力的概念和特征，理解简谐运动的能量变化。
科学思维∶能结合牛顿运动定律分析振子的各个物理量的变化情况。
科学探究：通过实验观察，能够独立运用能量守恒观点分析振子的能量变化。
科学态度与责任∶养成对物理现象能够从能量和动力学两方面进行分析的行为习惯。
教学准备
多媒体课件、导学案、单摆、弹簧和小球
活动设计
教学内容
教师活动
学生活动
评价任务
【创设情景 引入课堂】
当我们把弹簧振子的小球拉离平衡位置释放后，小球就会在平衡位置附近做简谐运动。小球的受力满足什么特点才会做这种运动呢?
1.让学生观察图片：
2.引导学生思考：
问题1：如图，我们以振子从O →B的运动情况为例分析。在O →B段振子做什么运动？
问题2：根据牛顿运动定律，振子受力情况怎么样？
问题3：做简谐运动的物体受到的回复力有什么特点呢？
学生观察、思考并讨论
通过对小球的受力分析，引导学生从受力的角度分析小球的运动，寻找运动和受力的关系特点。
探索新知： 知识点一：简谐运动的回复力
以水平弹簧振子为例，将振子拉到这P释放后，振子水平方向只受弹簧的拉力，且弹力与位移方向相反，所以振子受到的合外力就是F合=-kx 。
在合力的作用下振子向左加速运动，位移减小，弹力随之减小。振子经过O继续向左运动，位移反向了，弹力也反向了，所以合力依然满足这个F合=-kx 式子。
可见当振子偏离平衡位置的时候，始终受到一个方向指向平衡位置，大小与位移成正比的力的作用，这个力就是我要讲的回复力。它的大小始终等于F合=-kx，也正是在回复力的作用下振子才会在BOC之间来回震动。
1.出示简谐运动情景图片
2.引导学生思考回答问题：
问题1：振子的回复力由谁提供？
问题2：回复力的大小和方向？
回复力的定义
①定义：振动质点受到的总能使其回到平衡位置的力，大小与位移成正比。
②方向：指向平衡位置
③表达式：F＝－kx（“-”号表示与位移x方向相反），k为比例系数，不同的振子k不同。
④这个力和你学过的向心力一样，是按照力的作用效果命名的，所以它既可以是某一个力提供的，也可以是几个力的合力提供。
观察简谐运动情形
思考教师提出的问题
3.讨论如何定义回复力
探讨物理问题，引导学生建立物理概念
探索新知： 知识点二：简谐运动的能量
明确一个概念，位移和我们以前学习的有些不一样。
位移是振子相对于平衡位置的位移的简称。
比如振子运动到P此时振子的位移是这个有向线段，同理振子由P运动到O此时的位移是零。同样的振子由O运动到Q这段有向线段就是位移。
以弹簧振子为例，分析运动的位移，速度，加速度，动能，势能等有些什么变化规律
引导学生思考回答问题：
问题：振子由P运动到A，位移是OA还是PA这段？
2.播放动图展示振子的位移变化过程
问题：弹簧振子的能量变化具有什么规律呢？
3.总结简谐运动中各物理量的变化规律
4.引导学生记住表格，位移变大时，速度变小，位移变小时速度变大，总之速度与位移变化情况是相反的，再看位移变大时，加速度变大，位移变小时加速度变小，总之加速度与位移变化情况相同的。
5.播放动图展示各个量的变化情况
观看视频、图片、思考回答问题
学生思考理解位移是由平衡位置指向振子所在位置的有向线段。
讨论简谐运动中各物理量的变化规律
理解并记忆表格内容
观看动图明确简谐运动中各个量的变化情况
课堂练习
例1(多选)物体做简谐运动时，下列叙述中正确的是( )
A．平衡位置就是回复力为零的位置
B．处于平衡位置的物体，一定处于平衡状态
C．物体到达平衡位置，合力一定为零
D．回复力的方向总是指向平衡位置
【答案】：AD
【解析】：由回复力及平衡位置的定义可知，平衡位置时回复力为零，选项A、D正确；物体停在平衡位置时处于平衡状态，物体振动至平衡位置时不一定处于平衡状态，合力不一定为零，选项B、C错误．
例2（单选）弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动，在振子向着平衡位置运动的过程中( )
A．振子所受的回复力逐渐增大
B．振子离开平衡位置的位移逐渐增大
C．振子的速度逐渐增大
D．振子的加速度逐渐增大
【答案】 C
【解析】在振子向着平衡位置运动的过程中，振子所受的回复力逐渐减小，振子离开平衡位置的位移逐渐减小，振子的速度逐渐增大，振子的加速度逐渐减小，选项C正确．
例3、(单选）物体做简谐运动时，下列叙述中正确的是( )
A．平衡位置就是回复力为零的位置
B．处于平衡位置的物体，一定处于平衡状态
C．物体到达平衡位置，合力一定为零
D．物体到达平衡位置，回复力一定为零
【答案】：A D
【解析】：本题考查简谐运动平衡位置这一知识点，并考查了处于平衡位置时回复力和物体所受合力等问题。应注意平衡位置是回复力等于零的位置，但物体所受到的合力不一定为零。因此A、D正确。
例4：为某物体做简谐运动的图像，在0→1.5s 范围内回答下列问题。
（1）哪些时刻物体的回复力与 0.4 s 时的回复力相同？
（2）哪些时刻物体的速度与 0.4 s 时的速度相同？
（3）哪些时刻的动能与 0.4 s 时的动能相同？
（4）哪段时间的加速度在减小？
（5）哪段时间的势能在增大？
【答案】（1）0.6s、1.2s、1.4s
（2）0.2s、1.0s、1.2s
（3）0、0.2s、0.6s、0.8s、1.0s、1.2s、1.4s
（4）0.1～0.3s、0.5～0.7s、0.9～1.1s、1.3～1.5s
（5）0～0.1s、0.3～0.5s、0.7～0.9s、1.1～1.3s、
课堂小结
利用思维导图引导学生完成
主板书设计
2.3简谐运动的回复力和能量
一、简谐运动的回复力
①定义:振动质点受到的总能使其回到平衡位置的力，大小与位移成正比
②方向:指向平衡位置
③表达式:F=-kx(“-”号表示与位移x方向相反)
④简谐运动的动力学特征:如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。
二、简谐运动的能量
①位移与速度、动能变化情况相反。
②位移与加速度，弹性势能变化情况相同
教学反思