2024-2025学年新教材高中物理 第二章 机械振动 3 简谐运动的回复力和能量教学实录 新人教版选择性必修第一册

2024-2025学年新教材高中物理第二章机械振动3简谐运动的回复力和能量教学实录新人教版选择性必修第一册授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间课程基本信息1.课程名称：机械振动

2.教学年级和班级：高一（1）班

3.授课时间：2024年10月25日上午第二节课

4.教学时数：1课时核心素养目标1.发展科学探究能力，通过实验探究简谐运动的规律，培养观察、分析、推理和实验设计的能力。

2.培养科学思维，理解简谐运动中的能量转化和守恒原理，发展学生抽象思维和数学建模能力。

3.培养科学态度与责任，通过学习简谐运动的实际应用，认识到物理学在工程技术中的重要性，树立科学态度和社会责任感。教学难点与重点1.教学重点，①

①理解简谐运动的回复力公式及其与位移的关系。

②掌握简谐运动中的能量转化和守恒，能够应用能量关系解决问题。

2.教学难点，①

①分析复杂简谐运动中多个回复力的合成与分解，理解合力作为回复力的条件。

②将简谐运动的能量分析应用于实际问题的解决，如弹簧振子、单摆等系统的能量变化。教学资源-软硬件资源：物理实验器材（弹簧振子、单摆、刻度尺、秒表等）

-课程平台：多媒体教学平台（投影仪、电脑、电子白板）

-信息化资源：物理教学软件、在线实验视频、动画演示简谐运动

-教学手段：实物演示、多媒体教学、小组讨论、课堂提问教学过程（一）导入新课

1.教师提问：同学们，上节课我们学习了振动的基本概念，了解了振动的周期和频率。今天我们来探究一种特殊的振动——简谐运动。请同学们回忆一下，什么是简谐运动？

2.学生回答，教师总结：简谐运动是指物体在平衡位置附近受到与其位移成正比且方向相反的回复力作用下，所做的周期性运动。

（二）新课讲授

1.教师演示：展示一个简单的弹簧振子，并引导学生观察其运动特点。

2.教师提问：同学们，观察这个弹簧振子的运动，你们能发现什么规律？

3.学生回答，教师总结：弹簧振子的运动是一种周期性运动，其位移随时间的变化呈现正弦或余弦函数关系。

4.教师讲解：简谐运动的回复力公式为F=-kx，其中F为回复力，k为弹簧的劲度系数，x为位移。这个公式告诉我们，回复力与位移成正比，方向相反。

5.教师演示：展示一个单摆，并引导学生观察其运动特点。

6.教师提问：同学们，观察这个单摆的运动，你们能发现什么规律？

7.学生回答，教师总结：单摆的运动也是一种周期性运动，其位移随时间的变化同样呈现正弦或余弦函数关系。

8.教师讲解：单摆的回复力公式为F=-mgLsinθ，其中F为回复力，m为摆球质量，g为重力加速度，L为摆长，θ为摆角。

9.教师提问：同学们，简谐运动中的能量是如何转化的？

10.学生回答，教师总结：简谐运动中的能量包括动能和势能，两者相互转化，保持总能量守恒。

11.教师讲解：简谐运动中的能量转化可以通过能量守恒定律来解释。当物体偏离平衡位置时，其势能增加，动能减少；当物体回到平衡位置时，其势能减少，动能增加。

（三）课堂练习

1.教师提问：请同学们计算一个弹簧振子从最大位移位置运动到平衡位置过程中，动能和势能的变化情况。

2.学生独立完成练习，教师巡视指导。

3.教师讲解：弹簧振子从最大位移位置运动到平衡位置的过程中，其势能逐渐转化为动能，动能逐渐增加，势能逐渐减少。

（四）课堂小结

1.教师提问：同学们，今天我们学习了简谐运动的回复力和能量，你们掌握了哪些知识点？

2.学生回答，教师总结：我们学习了简谐运动的回复力公式，掌握了简谐运动中的能量转化和守恒原理。

3.教师强调：简谐运动是物理学中一个重要的概念，它在振动、波动、声学等领域都有广泛的应用。希望同学们能够熟练掌握这一概念，并将其应用于实际问题中。

（五）布置作业

1.请同学们完成课后练习题，巩固所学知识。

2.教师提醒：下周我们将学习简谐运动的振动图象，请同学们提前预习相关内容。拓展与延伸1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料：

-《振动与波动的物理学基础》：这本书详细介绍了振动和波动的基本原理，包括简谐运动、波的基本性质、波动方程等，对于深入理解简谐运动和波动的物理本质提供了丰富的理论背景。

-《机械振动与波动的实际应用》：本书通过实例介绍了机械振动和波动在工程、技术、生物医学等领域的应用，有助于学生将理论知识与实际问题相结合。

-《物理学史上的简谐运动研究》：这本书回顾了简谐运动的研究历史，介绍了不同科学家对简谐运动的研究成果，激发学生对物理学历史的兴趣和对科学研究的探索精神。

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究：

-学生可以尝试自己设计实验，验证简谐运动的回复力公式F=-kx，通过改变弹簧的劲度系数和位移，观察回复力的变化。

-鼓励学生研究不同类型振动（如单摆、质量块在水平弹簧上振动）的回复力，比较不同情况下回复力的特点。

-学生可以探究简谐运动中的能量守恒，通过计算不同位置的动能和势能，验证总能量是否保持不变。

-提醒学生关注简谐运动在实际生活中的应用，如音乐乐器中的振动、电子设备中的谐振电路等，思考简谐运动在技术发展中的作用。

-学生可以尝试分析简谐运动在非理想条件下的变化，如阻尼振动，研究阻尼对振动周期和振幅的影响。

-鼓励学生探索简谐运动与其他物理现象的联系，如共振现象，以及简谐运动在不同学科领域的应用。课堂1.课堂评价：

1.1提问与反馈：在课堂教学中，我将通过提问的方式检验学生对简谐运动概念、公式和能量关系的理解。例如，我会问：“谁能解释一下简谐运动的回复力是如何影响振子的运动的？”通过学生的回答，我可以评估他们对概念的理解程度。

1.2观察与记录：我将观察学生在课堂上的参与度，包括他们的注意力集中程度、是否积极参与讨论和实验活动。通过课堂观察，我可以记录下哪些学生需要额外的帮助，哪些学生能够独立解决问题。

1.3小组讨论：我会安排小组讨论环节，让学生在小组内讨论简谐运动的能量转化问题。通过观察他们的讨论过程和最终成果，我可以评估他们的合作能力和问题解决能力。

1.4实验操作：在实验环节，我会观察学生是否能够正确操作实验器材，是否能够根据实验数据得出结论。这有助于我了解学生的实验技能和数据分析能力。

1.5课堂测试：在课程结束时，我会进行简短的课堂测试，包括选择题、填空题和简答题，以评估学生对本节课内容的掌握情况。

2.作业评价：

2.1作业批改：我将认真批改学生的作业，包括计算题、应用题和实验报告。在批改过程中，我会注意学生的解题思路、计算准确性和对物理概念的理解深度。

2.2个性化反馈：对于学生的作业，我会提供个性化的反馈，指出他们的优点和需要改进的地方。例如，如果学生在计算简谐运动的能量转化时犯了一个常见的错误，我会特别指出这个错误，并提供正确的解题方法。

2.3及时反馈：我会确保作业的反馈在学生提交后的短时间内完成，这样学生可以及时了解自己的学习情况，并有机会在下一节课前纠正错误。

2.4鼓励与激励：在作业评价中，我会鼓励学生继续努力，特别是对于那些表现出色或有所进步的学生，我会给予积极的评价和奖励，以增强他们的学习动力。内容逻辑关系1.简谐运动的基本概念

①简谐运动的定义：物体在平衡位置附近受到与其位移成正比且方向相反的回复力作用下，所做的周期性运动。

②周期性运动的特征：周期性、重复性、对称性。

2.简谐运动的回复力

①回复力公式：F=-kx，其中F为回复力，k为弹簧的劲度系数，x为位移。

②回复力的方向：总是指向平衡位置，与位移方向相反。

3.简谐运动的能量

①能量转化：动能与势能相互转化，总能量保持不变。

②动能公式：K=(1/2)mv²，其中K为动能，m为质量，v为速度。

③势能公式：U=(1/2)kx²，其中U为势能，k为劲度系数，x为位移。

4.简谐运动的周期和频率

①周期公式：T=2π√(m/k)，其中T为周期，m为质量，k为劲度系数。

②频率公式：f=1/T，其中f为频率，T为周期。

5.简谐运动的振动图象

①振动图象的类型：位移-时间图象、速度-时间图象、加速度-时间图象。

②振动图象的特点：正弦或余弦波形，周期性变化。

6.简谐运动的应用

①弹簧振子：分析弹簧振子的振动规律和能量转化。

②单摆：研究单摆的周期和振幅与摆长、摆角的关系。

③谐振电路：分析谐振电路的频率和品质因数。课后作业1.作业题目：

一弹簧振子的质量为0.1kg，劲度系数为10N/m。求该振子的最大速度是多少？（已知振幅为0.02m）

答案：

最大速度v=√(kA/m)=√(10N/m×0.02m/0.1kg)=0.4m/s

2.作业题目：

一单摆的摆长为1m，重力加速度为9.8m/s²。求该单摆的周期是多少？

答案：

T=2π√(L/g)=2π√(1m/9.8m/s²)≈2.02s

3.作业题目：

一质量为0.2kg的物体在劲度系数为20N/m的弹簧上做简谐运动。当物体通过平衡位置时，速度为4m/s。求物体的最大势能是多少？

答案：

最大势能U=(1/2)kA²=(1/2)×20N/m×(0.2m)²=0.4J

4.作业题目：

一弹簧振子的周期为0.5s，振幅为0.05m。求该振子的频率是多少？

答案：

频率f=1/T=1/0.5s=2Hz

5.作业题目：

一质量为0.3kg的物体在水平弹簧上做简谐运动。当物体通过平衡位置时，速度为5m/s。若弹簧的劲度系数为15N/m，求物体的最大位移是多少？

答案：

最大位移A=v²/(2k/m)=(5m/s)²/(2×15N/m/0.3kg)=0.5m

6.作业题目：

一质量为0.4kg的物体在劲度系数为25N/m的弹簧上做简谐运动。当物体从最大位移位置开始运动时，其初始速度为6m/s。求该振子的周期是多少？

答案：

T=2π√(m/k)=2π√(0.4kg/25N/m)≈1.26s

7.作业题目：

一单摆的摆长为2m，重力加速度为9.8m/s²。若摆角小于5度，求该单摆的周期是多少？

答案：

T=2π√(L/g)=2π√(2m/9.8m/s²)≈2.84s

8.作业题目：

一质量为0.5kg的物体在劲度系数为30N/m的弹簧上做简谐运动。当物体通过平衡位置时，速度为7m/s。求该振子的最大动能是多少？

答案：

最大动能K=(1/2)mv²=(1/2)×0.5kg×(7m/s)²=12.25J

9.作业题目：

一弹簧振子的周期为0.6s，振幅为0.06m。求该振子的频率是多少？

答案：

频率f=1/T=1/0.6s≈1.67Hz

10.作业题目：

一质量为0.6kg的物体在水平弹簧上做简谐运动。当物体通过平衡位置时，速度为8m/s。若弹簧的劲度系数为35N/m，求物体的最大位移是多少？

答案：

最大位移A=v²/(2k/m)=(8m/s)²/(2×35N/m/0.6kg)≈0.7m反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.实验探究式教学：在讲解简谐运动时，我注重通过实验探究的方式让学生亲自体验物理现象，例如，通过弹簧振子的实验，让学生直观地感受回复力与位移的关系，增强学生的实践操作能力和科学探究精神。

2.多媒体辅助教学：我利用多媒体课件和动画演示，将抽象的物理概念转化为可视化的图像，帮助学生更好地理解简谐运动的特点和规律，提高了学生的学习兴趣和效果。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.学生对概念理解不深入：部分学生在学习简谐运动时，对概念的理解停留在表面，缺乏对物理现象本质的把握，需要进一步加强概念教学和深入讲解。

2.作业反馈不够及时：在作业批改和反馈方面，我有时未能做到及时，导致学生不能及时纠正错误，影响了学习效果。

3.实验操作细节指导不足：在实验操作过程中，对于一些细节问题，如测量工