简谐运动的描述教学设计

简谐运动的描述教学设计课时名称简谐运动的描述学科物理课时1使用年级高二班额55课程类型新授课设计者教学内容分析《简谐运动的描述》人教版选择性必修一第二章《机械振动》的第二节内容。振动和波是贯穿力（包括声）、热、电、光等物理子学科中最典型的运动形式，在力学中有机械振动和机械波，在电学中有电磁振荡和电磁波。本节课是在学生认识了什么是简谐运动之后来学习描述简谐运动的几个物理量，是进一步认识简谐运动的基础课，同时也为交流电、电磁振荡等知识的联系和深化打下扎实的基础。周期和频率的概念在前面的匀速圆周运动的学习中已有所涉及，联系艺术中的乐音，让学生在艺术中感受物理知识的美妙。学情分析1.第一节学习了简谐运动的运动学定义；2.数学中学生对正弦函数表达式，及振幅、相位等概念都有涉及。教学时要密切联系旧有的知识，引导学生寻找物理与数学的连接点。利用演示、讲解，传感器实验等方法，把突破难点的过程当成培养学生科学思维和科学探究素养的过程，启发引导学生积极思考，加强师生间的双向活动，从而全面达到预期的教学目的和要求，使学生的学科素养得到提高。教学中，相位的概念是最为抽象的，也是这节课的教学难点，但学生在初中学过“月相”这一节内容，让学生很好的理解。教学目标1.通过对拇指琴发出声音强度的变化这个实例的分析，通过观察竖直弹簧振子这个理想模型的振动过程，明确振幅定义及意义，培养从实际情境中捕捉信息，获取知识，并应用知识的能力；2.分析拇指琴不同琴键发出不同声音的原因，知道周期和频率是影响简谐运动的重要参量；通过手机物理工坊的实验探究，找到竖直弹簧振子的周期和频率的影响因素；通过观察匀速圆周运动和简谐运动的关系，寻找各种运动之间的联系，知道大自然的和谐之美，并在实验中培养科学态度和责任感。3.通过观察两个弹簧振子的振动步调关系，理解相位的概念，并会从相位差的角度分析和比较两个简谐运动。教学过程教学环节教学活动学生活动设计意图学思静悟一、振幅1．定义：振动物体离开平衡位置的__________。2．物理意义：振幅是描述振动____的物理量。3．单位：在国际单位制中，振幅的单位是______（符号：）4．标矢性：振幅是量。二、周期和频率1.全振动：振动物体沿_____方向相继通过同一位置所经历的过程。根据上图描述一个全振动过程：。2．周期和频率（1）周期：做简谐运动的物体完成一次所需要的时间，单位：________。（2）频率：物体完成的全振动的与的比值。数值上等于时间内完成的全振动的次数，单位：________。（3）物理意义：周期和频率都是描述简谐运动的物理量。（4）周期和频率之间的关系：__________。三、圆频率。圆频率与周期、频率的关系：。三、相位1．表达式x=Asin(ωt+φ)中，________叫作相位，φ2．物理意义：相位代表了做简谐运动的物体此时正处于一个运动周期中的。3．相位差：两个具有__________的简谐运动的相位之差，即。预习效果自我检测：有两个简谐运动：x1＝3asin（8πbt＋4）π和x2＝9asin（8πbt＋2）π。它们的振幅之比是_________；它们的频率各是_______,________；同时开始振动，它们的相位差总是__________。认真阅读课本，预习本节内容。寻找自己的理解难点，让听课有的放矢﹗导入新课机械振动在自然界和生活中很常见，我们要研究它，要让它为人类服务，要破解它对人类带来的破坏；简谐运动与机械振动的关系。简谐运动是最基本的机械振动，一个复杂的机械振动可以分解成几个简谐运动，所以我们要研究简谐运动，为研究复杂的机械振动做好准备。回顾第一节的学习内容，得出简谐运动的表达表达式，引出本节的学习任务--研究表达式中各个符号的含义。阅读学习目标明确学习目标学习目标一：振幅任务一：不断尝试，让拇指琴发出更大的声音。问题1：为什么拨动琴键会发出声音？你怎样让琴键发出了更大的声音？琴键的振动有什么变化？问题2：观察两个竖直弹簧振子的振动幅度，它们的振动幅度一样大吗？拨动手中的拇指琴弦，观察，思考问题在动手操作与观察中，获取振幅的直观感受。学习目标二：周期和频率学习目标二：周期和频率任务二：听拇指琴的声音，研究为什么不同的琴键会发出不同的声音。活动1：①猜测原因：频率不同。②用手机物理工坊的“音频自相关”展示拨动不同琴弦时的频率，验证猜想。猜想原因让学生认识到“周期和频率”对简谐运动是有用的参量。引入对周期频率的研究。活动2.在右图中，描述一个全振动过程。问题1：（1）物体从M运动到M'，是完成一次全振动吗？为什么?（2）物体从P0向左运动，再向右回到P0，是完成了一次全振动吗？为什么？（3）什么过程是完成了一次全振动?交流，汇报，总结在思考及回答问题中找到全振动的定义活动2：猜想弹簧振子的振动周期与什么因素有关？活动3：合作探究，应用手机物理传感器app寻找影响弹簧振子周期的因素。信息支持：利用手机物理工坊app验证弹簧振子的周期与什么因素有关。实验步骤：1.打开手机上的“手机物理工坊”app，悬挂好手机；2.将手机向下拉到一个合适位置；3.启动手机屏幕右上角的“▷”按键，并松手让手机开始振动；4.观察手机上的周期数值，待数值基本稳定后，记录数据；5.停住手机，按右上角的垃圾桶按键，清除数据，进行下一次实验。6.收集数据，得出结论。不同振幅小A1中A2大A3周期结论不同弹簧软K1中K2硬K3周期结论猜想讨论交流合作探究得出结论让学生经历从猜想到设计实验到操作实验到收集数据到得出结论的过程，培养学生严谨认真的科学态度和实事求是的科学责任。问题2：在简谐运动表达式中有没有描述振动快慢的量？问题3：（回顾）圆周运动中的ω叫什么名字？与周期和频率是什么关系？问题4：在简谐运动中ω叫什么名字？为什么它可以描述振动的快慢？与周期和频率满足什么关系？活动4：结合数学知识，推导简谐运动的圆频率ω与周期T和频率f的关系。活动5：观看老师的课堂实验，找到简谐运动与匀速圆周运动的联系。回顾匀速圆周运动中ω的知识对比数学知识推导圆频率与周期、频率的关系观看老师的实验视频在对比中发现新知识在实验中寻找自然界中各种运动知道的奇妙连续，体会大自然的和谐之美。学习目标三：相位和相位差任务三：观察两个弹簧振子的振动，体会振动步调的异同。活动1：观察两个竖直弹簧振子的振动，进一步体会两个振子振动步调的关系。问题1：①把两个小球向下拉同样的距离后同时放开，两球的振动有什么特点？②)再次把两个小球拉到相同的位置，先把第一个小球放开，再放开第二个小球，两球的振动有什么特点？问题2：根据前面的学习思考，这两个简谐运动的振幅和周期、频率相同吗？我们只用振幅、周期、频率能否完整描述一个简谐运动的全部规律？还需要一个描述简谐运动什么特点的物理量？观察实验交流讨论在观察中发现，振幅、周期和频率还不足以描述简谐运动的全部特征，引入相位的概念问题3：怎样表示两个弹簧振子的步调一致？相差14个周期？相差1观察体会思考在两个弹簧振子的振动步调对比中，引入相位差的概念板书设计简谐运动的描述一振幅二周期和频率三相位定义 1.全振动1定义单位