【教案】简谐运动+教学设计-高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

PAGEPAGE9选择性必修第一册：第二章机械运动《简谐运动》教学设计一、教学分析1.课标分析《简谐运动》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修第一册模块中的“机械运动与机械波”主题下的一节内容。【课程标准要求】：“1.2.1通过实验，认识简谐运动的特征。能用公式和图像描述简谐运动。”【课程标准分析】：本节内容是以简谐运动的特征探讨为载体，进一步提升物理学科核心素养，进一步步形成运动与相互作用观念必要的一部分。在教学中注意联系生产生活实际，从多个角度创设情境，提出有关的问题，引导学生思考讨论，理解简谐运动的特征。注意联系生活实际，拓展视野，渗透STSE教育，进一步形成对科学和技术应有的正确态度和责任感。2.内容分析机械振动是较复杂的机械运动，振动的知识在实际生活中有很多应用（如心电图、核磁共振仪、地震仪、钟摆等），可以使学生联系实际，扩大知识面；同时，也是以后学习波动知识的基础。因此，学好此章内容，具有承上启下的作用。《简谐运动》是《机械振动》这一章中最基本而又最重要的一节，是全章的基础；通过列举生活中的多个实例，通过让学生归纳共同点来引出机械振动的概念；而后运用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型——弹簧振子，研究弹簧振子在理想条件下的振动，从而从运动学的角度认识弹簧振子。通过实验得到弹簧振子的位移-时间图像；再通过数据进行分析发现弹簧振子的位移-时间图像时正弦函数。简谐运动可以根据运动学和动力学特征分别进行定义，本节根据运动学特征给出了简谐运动的定义。3.学情分析高二的学生已具有运动学和动力学的基本知识，对高中物理的学习要求和方法已具有一定的认识，但在大小和方向都做周期性变化的力的作用下的物体运动还是第一次遇到，对这种运动模式的运动形式没有抽象认识；很难对较为复杂的运动有清晰的认识。为此，如何帮助他们建立合理的简谐运动情景是教学的关键。在课堂教学上首先通过实验演示给学生以直观的感受，创设学习的良好情景；再引导学生观察、思考、讨论应用描点、描迹法、验证法、拟合法、类比法等科学方法得出初步的简谐运动规律，然后再次通过观察、思考、讨论得出正确而科学的结论。由此培养学生的观察能力、空间想象能力、协同学习的能力和科学的思维能力，使学生的学习过程变得轻松而高效，并且同步培养学生自主学习的能力，为学生的可持续发展提供必要的训练。

基于以上课标分析、教材内容分析和学情分析，确定本节课的教学重点和教学难点：【教学重点】：形成简谐运动的概念和认识它的位移-时间图像。【教学难点】：弹簧振子理想化模型的构建和简谐运动位移与时间函数关系。教学目标1.学习目标物理观念=1\*GB3①知道机械振动是机械运动的另一种形式，知道机械振动的概念；=2\*GB3②知道什么是弹簧振子，明确弹簧振子是理想化的物理模型；=3\*GB3③认识简谐运动的位移-时间图。科学思维=1\*GB3①会运用理想化方法建构弹簧振子模型；=2\*GB3②通过观察、分析和推理，会证明弹簧振子的位移-时间图像是正弦曲线。科学探究经历探究简谐运动规律的过程，能分析数据、发现特点、形成结论。科学态度与责任=1\*GB3①通过弹簧振子位移随时间变化规律的研究，体会实事求是的科学态度与科学精神；=2\*GB3②联系生活实际，拓展视野，渗透STSE教育，进一步形成对科学和技术应有的正确态度和责任感。2.评价目标素养类型素养要素素养水平物理观念规律理解牛顿第一定律的内容及意义。水平2概念知道机械振动的概念，简谐运动的概念。案例能弹簧振子位移随时间变化情况。科学思维模型构建会运用理想化方法建构弹簧振子模型。水平2推理、论证通过观察、分析和推理，会证明弹簧振子的位移-时间图像是正弦曲线。水平2科学探究获取证据作出解释经历探究简谐运动规律的过程，能分析数据、发现特点、形成结论。水平2科学态度与责任科学态度通过弹簧振子位移随时间变化规律的研究，体会实事求是的科学态度与科学精神。水平2社会责任通过生活实例和现象的分析，认识到物理在生产生活中的实际价值和意义。三、教学策略1.策略与方法在教学中，采用“问题引领”的教学策略，创设生活情景，引导学生进行自主、合作、探究的学习。结合生产生活实例，引导学生进行问题探究，解决有关问题；让物理走向生活，让素养目标着实落地。以实验为为突破教学的重难点，为抽象的理解和概括提供感性认识和事实依据，为此设置了一些实验活动和趣味游戏，倡导学生“从做中学”。例如挥动手臂、扇子扇动、拍打篮球，水平气垫导轨上的滑块实验、抽白纸探究活动等等。调动学生的学习兴趣，也使物理教学更具实效性和趣味性。同时，也让学生感悟从生活走向物理，从物理走向社会。以问题为导引：思维是从问题开始的，学生的学习过程就是一个充满思维，不断发现和解决问题的过程。本课将引导学生循着科学探究的路径，在关键点上，提出一个个进阶合适、又具挑战的问题，激起学生的探究欲望，促使学生通过质疑、分析、推理、争论，去主动发现新规律、建构新知识。科学思维科学探究简谐运动科学思维科学探究简谐运动对应物理核心素养物理观念、科学态度与责任物理观念、态度责任任务任务2:构建弹簧振子模型任务3:探究弹簧振子位移随时间变化情况任务4:探讨位移—时间图像特点论证问题任务5:反馈练习、概括总结实验实例问题问题任务1:创设情境引入课题评价检测四、教学活动教学任务1：创设情境引入课题活动情境生活中的运动实例：视频1：小球由静止释放——自由落体、水平抛出小球——平抛、线拉住在水平面内转动——匀速圆周运动实验1：挥动手臂、扇子扇动、拍打篮球视频2：击打身体的按摩捶、蹦极、钟摆的摆动实验2：弹簧振子振动(在气垫导轨上)师生活动问题与活动指向的素养目标1、问题1：视频2、实验中物体的运动跟视频1中物体运动对比有什么不同之处，它们有什么共同特点？2、学生活动：观察对比现象、提炼共同点。3、教师:引导学生构建机械振动概念。初步体验机械振动的特点（物理观念、科学思维）。设计意图通过视频、实验展示生活中的情境，引导学生进行观察、对比，发现新的运动特点；由此构建机械振动概念，发展对比、类比、归纳等科学思维；又能体会物理学跟深化科技息息相关。教学任务2：构建弹簧振子模型活动情境构建模型师生活动构建模型问题与活动指向的素养目标1、演示观察：（1）学生观察演示实验：无气垫导轨和有气垫导轨下弹簧小球的运动。现象：无气垫导轨的弹簧小球很快停下。有气垫导轨的小球几乎等幅振动。2、问题：（1）要想让小球完成机械振动需要消除谁的影响？（2）研究问题从简单到复杂，为了研究方便，对弹簧和振动物块有什么要求？经过学生小组讨论、交流，从实际的物体运动中抽象、简化出基本模型（科学思维、科学态度与责任）。3、分组讨论并交流形成弹簧振子模型：弹簧振子是一种理想化模型，需要满足①忽略摩擦力②忽略弹簧质量③小球看成质点这三个条件。设计意图引导学生将实际问题中的对象和过程转化程理想模型，从而让学生的思维得到提高。教学任务3：探究弹簧振子位移随时间变化规律活动情境视频1：小球由静止释放——匀变速直线运动师生活动问题与活动指向的素养目标1、问题：小球由静止释放做匀变速直线运动？2、学生交流：（1）动力学角度：只受重力（2）运动学角度：测出速度随时间变化规律、测出位移随时间做二次函数变化规律、测出加速度，加速度恒定的直线运动应用类比法，从动力学、运动学角度研究物体的运动性质（科学思维）。3、问题：现在我们先从运动学角度研究弹簧振子的振子做什么性质的运动；测量哪个运动物理量随时间变化关系较为方便？如何测量？4、学生分组讨论：（1）如何测量位移随时间变化关系。给出振动位移概念：指由平衡位置指向某一振动位置的有向线段。（注意矢量方向的选取和表示方法，以弹簧振子为例）。频闪照相和手机连拍获得各时刻振子的位置图像（如右图），也可以获得各时刻振子相对平衡位置位移的表格。tx5、问题：如何直观的分析各时刻振子的位移随时间变化的规律？6、学生分组讨论：小组合作交流，通过建立坐标系、描点得到位移时间图像。7、问题：有没有其他方法得到各时刻振子的位移随时间变化的图像？8、学生分组讨论：（3）利用位移传感器进行研究：传感器记录振子个时刻位置，从电脑上方便直接展示振子的位移随时间变化的图像9、启发问题：若给振子下方固定一小笔，在小笔下平铺一张白纸，当振子振动时，白纸上能记录振子各时刻的位移吗？该如何操作？（4）在振子振动同时匀速拉动下面白纸，白纸上记录就是的振子的位移随时间变化情况；因为匀速直线运动中，发生相等的位移需要相等的时间，纸带上位移的均匀变化反映了时间均匀的流逝，所以可以用移动纸带的位移长短来表示时间的长短。这样得到的曲线实际上就是某一个振子振动的位移——时间图像。10、学生分组实验：留迹法，在振子振动同时匀速拉动下面白纸实验。知道振动位移概念（物理观念）。讨论如何测量位移随时间变化关系，调用学生已有的实验探究知识对振子运动进行观察、分析、推理、实验操作等方式的合作学习（科学思维、科学探究）。借用现代化技术传感器进行研究物理问题（科学态度与价值观）。设计意图通过让学生思考、交流、小组合作、实验探究的学习，形成如何研究振子运动的途径方法；从运动学角度研究物体的运动性质，通过测量各时刻振子的位移；可以频闪照相和手机连拍获、用位移传感器途径对振子在各时刻的位置进行描点，振子振动同时匀速拉动下面白纸来留迹获得个时刻的位置。有利于发挥学生的自主学习，发展科学思维、科学探究、科学态度与价值观。教学任务4：探讨位移--时间图像特点活动情境师生活动问题与活动指向的素养目标1、问题：作出的图像像什么函数的图线？如何验证我们的猜想？2、学生分组讨论：猜是正弦函数的图线（1）可以根据图像上的各时刻位移数据与x＝Asinωt进行验证。（2）把测量数据输入计算机软件，用函数进行拟合。3、启发问题：展示一个和弹簧振子一样的小球做相同周期的匀速圆周运动，它的圆心和弹簧振子的平衡位置等高，半径就是弹簧振子的振幅，讨论小球在水平平面上投影的位移随时间如何变化？与弹簧振子的运动有类同？给出简谐运动概念：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像是一条正弦曲线，这样的振动成为简谐振动。对位移随时间变化的特点、规律进行猜想、验证、类比，构建简谐运动模型与概念（科学思维、物理观念）。设计意图以问题引领方式引导学生进行猜想、验证、类比、论证构建简谐运动模型与概念，提高学生数形结合,

单位圆应用

,培养学生利用数学知识解决物理问题的能力。教学任务5：反馈练习、概括总结活动情境例题：某一弹簧振子的振动图象如图所示，则由图象判断下列说法正确的是（）A．振子偏离平衡位置的最大距离为10cmB．1s到2s的时间内振子向平衡位置运动C．2s时和3s时振子的位移相等，运动方向也相同D．振子在2s内完成一次往复性运动师生活动问题与活动指向的素养目标1、问题：您是如何思考这道题？您认为关键点是什么？2、独立思考并交流互评：建立简谐运动物体与直线运动图像之间的联系；物体的实际运动情景与图像结合，便于分析、推理物体的转态与变化情况；1s到2s的时间位移在减少且方向背离平衡位置，所以振子速度向平衡位置；结合实际运动情景，振子在2s内还未完成一次往复性运动。根据简谐运动，振子运动过程中有关物理量变化关系进行推理、论证（科学思维）。3、个性小结请你说一句你最想说的话：通过这节课的学习，我……生：通过这节课的学习，我了简谐运动的概念以及如何获得简谐运动的位移随时间变化的正弦图像。会用自己的语言对课堂内容进行概括总结（物理观念）。设计意图通过学生独立思考、交流互评，应用推理、论证对简谐运动过程中有关物理量变化关系进一步明晰；由学生归纳总结本节课所学内容，使知识点和思想方法明确突出，体会成功的喜悦。简谐运动机械振动简谐运动机械振动弹簧振子模型X-t图