高中物理人教版4第十一章机械振动1简谐运动-参赛作品

《简谐运动》教学设计扬州中学教育集团树人学校王俊一、设计思路人教版老教材从动力学特征的角度定义简谐运动，不符合学生用运动学特征对质点运动进行分类的认知习惯。人教版新教材把“位移与时间的关系遵从正弦函数规律的振动”称为简谐运动，尊重学生的认知规律，有利于简谐运动的教学。正因为如此，通过科学探究，让学生认识弹簧振子的振动图象是一条正弦曲线，是本节课教学的关键所在。本节课的教学以“探究弹簧振子的振动图象”为线索而展开，将学生的认知过程和探究过程合理链接，实现了物理知识和科学方法、定性探究和定量探究、实验探究和理论探究的有机融合，让学生在学习物理知识的同时应用物理思想方法，体验科学探究的一般过程：“提出问题→制定方案→收集数据→处理数据→猜想结论→分析论证→得出结论→误差分析”。本节课的实验探究和理论探究都是教师引导下的学生探究，主要引导方式：问题链。两个探究实验分别是水摆和模拟频闪照片。设计水摆实验的目的是：（1）定性验证学生对振动图像图样的猜想；（2）让学生理解振动图象“时间轴”的展开过程。设计模拟频闪照片实验的目的是：（1）让学生体验利用图象处理数据的方法；（2）让学生经历利用假设法定量论证振动图象函数性质的过程。水摆是用饮料瓶制作而成的，实验中利用毛笔书法水写布代替照相机的底片。模拟频闪照片的实验原理也很简单，就是利用视频播放软件获得弹簧振子振动视频的每一帧照片，根据照片记录不同时刻振子的位移并绘制振动图像。从实验结果上看，这两个实验都没有利用位移传感器精确，但这样做可以让学生建立一种观点：科学探究并不是遥不可及的，它不一定要借助很先进的工具和仪器，最简单易行的方法也是好方法。二、教学目标1．知识与技能（1）知道弹簧振子理想模型和简谐运动的运动学定义；（2）知道弹簧振子的振动图象是一条正弦曲线，并理解振动图象的物理意义；（3）理解振动图象“时间轴”的展开过程，会将底片的位移转换成振动时间。2．过程与方法（1）引导学生经历探究“弹簧振子振动图象”的过程，发展学生“猜想假设”、“设计实验”、“处理数据”、“分析论证”和“误差分析”的能力，培养学生思维的灵活性和深刻性；（2）引导学生经历误差分析的过程，让学生体验建立物理模型的思想方法。3．情感态度与价值观（1）通过对弹簧振子振动图象的探究，培养学生认真、合作、实事求是的科学态度，同时让学生体验成功探究的快乐，增强学生参与科学探究的兴趣；（2）观察生活事例，了解实际应用，培养热爱科学、乐于探究的品质，增强学生的实践意识。三、教学重点（1）弹簧振子的位移概念；（2）弹簧振子的振动图象是一条正弦曲线。四、教学难点（1）弹簧振子的位移概念；（2）设计实验方案确定弹簧振子在各个不同时刻位移；（3）论证弹簧振子的振动图象是一条正弦曲线的思路和方法。五、教学资源太阳能摇摆花、水摆（由饮料瓶制成）、气垫导轨、气源、弹簧振子（改装滑块）、在竖直方向振动的弹簧振子、弹簧振子频闪照片、教师自拍的弹簧振子实验视频、“豪杰解霸”视频播放软件、多媒体教学课件。六、教学流程活动活动1：观察现象并概括机械振动的基本特征活动活动2：探究弹簧振子的位移随时间的关系提出问题→制定方案→收集数据→数据处理→猜想结论→分析论证→得出结论→误差分析活动活动3：了解记录振动的方法在实际中的应用活动活动4：形成知识结构，总结探究思路七、教学过程教学流程教师活动学生活动设计意图活动1：观察现象并概括机械振动的基本特征复习旧知，引入新课。板书：“一、机械振动”展示：“太阳能摇摆花”问题1–1：想一想，摇摆花的运动具有哪些明显的特征？问题1–2：摇摆花的运动关于“谁”对称？引导：平衡位置的意义和机械振动的定义。板书：“平衡位置、往复运动”衔接：由生活中的振动现象引入并展示实验室中的振动装置——弹簧振子。过渡：在演示弹簧振子实验的过程中，向学生指出：滑块的位置在不断地发生变化。在教师的引导下，学生回忆重点学习过的几种运动形式，并明确本节课的学习内容是机械振动。观察现象并分析概括摇摆花的运动特征。观察并了解弹簧振子的基本结构。让学生意识到机械振动是一种新的运动形式。培养学生的观察和分析归纳能力。观察生活事例，培养学生热爱科学和乐于探究的品质，增强学生的实践意识。教学流程教师活动学生活动设计意图活动2：探究弹簧振子的位移随时间的变化关系问题2–1：想一想，描述物体位置变化的物理量是什么？问题2–2：什么是位移？问题2–3：在A、O、B三点中，选取哪一点作为弹簧振子位移的初始位置最能够反映振动的对称性？问题2–4：如果规定水平向右的方向为正方向，那么t1、t2两个时刻，弹簧振子的位移分别是什么？问题2–5：这两个时刻的位移大小相同吗？方向相同吗？问题2–6：同学们猜想一下，位移的变化具有什么明显的特点？展示：动画展示弹簧振子位移的变化特点。过渡：在总结弹簧振子位移的变化特点之后，明确指出：以弹簧振子为例，探究位移随时间的变化关系。板书：“弹簧振子的位移随时间的关系”观察振子位置变化→自主建构“振动位移”概念→猜想并验证“振动位移变化的特点”→提出探究问题——弹簧振子的位移随时间的变化关系。合理整合“知识序”和“认知序”，设计递进式问题链。运用问题链引导学生思维，培养学生流畅性思维品质。教学流程教师活动学生活动设计意图活动2：探究弹簧振子的位移随时间的变化关系展示：课前自己拍摄的弹簧振子实验视频。问题2–7：请同学们想一想，如何确定不同时刻弹簧振子的位移？问题2–8：如果我们直接拍摄弹簧振子的频闪照片，那么留在底片上的像会形成什么样的图案？演示：利用水摆实验来验证猜想。问题2–9：如果拍摄的时间比较长，不同时刻的像会发生什么现象？问题2–10：为了让像在底片上不重叠，我们怎样改进？问题2–11：请同学们猜想一下，改进后拍出来的频闪照片会是什么样子？提出多种方案→比较各种方案的优劣→确定最好的实验方案。在自由落体和平抛运动频闪照片的基础上，学生能够想象出弹簧振子频闪照片的图样。发现像会重叠→提出改进实验的方法→猜想改进后图样→分组完成水摆实验→得到弹簧振子频闪照片的正确图样。让学生设计实验方案并分析方案的优劣，能够让学生体验到设计实验方案的基本要求：精确性、方便性。培养学生的想象能力。先“猜想现象”后“实验验证”，这样可以提高学生的课堂参与的深度。培养学生的创新能力。先“猜想现象”后“实验验证”，这样可以提高学生的课堂参与的深度。教学流程教师活动学生活动设计意图活动2：探究弹簧振子的位移随时间的变化关系过渡：实验结果告诉我们，弹簧振子的频闪照片是一条平滑的曲线。问题2–12：我们怎样利用这一条平滑的曲线来反映不同时刻弹簧振子的位移？板书：“→振动图象（x-t图象）”演示：利用视频播放软件分离弹簧振子实验视频的每一张照片。板书：“三、简谐运动←正弦曲线”问题2–13：同学们，在弹簧振子实验中，产生误差的主要原因是什么？追问1：振子具备怎样的特点，可以减小空气阻力的影响？追问2：如果忽略大小和形状，振子就是什么？追问3：那么，弹簧应该具备怎样的特点？板书：“理想模型：无质量弹簧+质点”匀速拉动水写布→将时间均匀展开→建立直角坐标系→建构振动图象→明确振动图象不是振子的运动轨迹→猜想振动图象是正弦曲线。记录不同时刻弹簧振子的位移→利用电子表格绘制出振动图象→利用假设法论证振动图象是正弦曲线→利用图象拟合的方法论证证振动图象是正弦曲线→构建“简谐运动”概念。在误差分析的过程中，自主建构弹簧振子理想模型。让学生理解振动图象“时间轴”的展开过程。让学生体验利用图象处理数据的方法。让学生经历利用假设法、比较法定量论证振动图象函数性质的过程，培养学生思维的灵活性和深刻性。培养学生建立物理模型的思想方法。教学流程教师活动学生活动设计意图活动2：探究弹簧振子的位移随时间的变化关系演示：这是一个在竖直方向振动的弹簧振子，它的振动是简谐运动吗？展示：播放直接记录竖直方向弹簧振子振动图象的实验视频。课后思考两个问题：（1）模仿老师上课的做法，设计实验，利用相关的软件定量论证弹簧振子在竖直方向的振动也是简谐运动；（2）实验中，为什么必须要匀速拉动水写布？为学生的学习留有一定的出口，延伸学生的学习兴趣。活动3：了解记录振动的方法在实际中的应用引导：同学们，这个实验中，记录振动的方法在生活中有很多的应用。比如：心电图和地震曲线的绘制。课后，查阅相关资料，了解更多的实际应用。了解实际应用，培养热爱科学、乐于探究的品质，增强学生的实践意识。活动4：课堂小结引导：最后，请同