1、PAGE15第十一章第三節(jié)簡諧運動的回復力和能量教學設計沈陽市第十五中學張爽【教材分析】本節(jié)課是高中物理人教版選修3-4第十一章機械振動第五節(jié)簡諧運動的回復力和能量。前兩節(jié)研究的是做簡諧運動的質(zhì)點的運動特點,不涉及它所受的力以及能量轉(zhuǎn)換的情況,是從運動學的角度研究的。而本節(jié)要討論它所受的力和能量轉(zhuǎn)換的情況,是從動力學和能量的角度研究的。在整個高中物理必修教材的教學中動力學以及功能轉(zhuǎn)化關(guān)系貫穿始終，本節(jié)課再次從這兩個角度深化了學生對物理學科的理解和體會，提高了學生分析問題解決問題的能力。本節(jié)的學習學習的重點是使學生掌握簡諧運動的回復力特征及相關(guān)物理量的變化規(guī)律。回復力的特征是形成加速度、速度、位

2、移等物理量周期性變化的原因。彈簧振子振動形成的原因，一是回復力的特點（總指向平衡位置），二是振子的慣性，這是分析問題的關(guān)鍵。對于豎直的彈簧振子，涉及彈性勢能、重力勢能、動能三者的變化，不要求從能量的角度對它進行分析。【學情分析】學生對于運動學的角度分析簡諧運動已經(jīng)比較熟悉，學生對彈簧的彈力比較熟悉，對彈簧振子的受力容易接受，對回復力是運動方向的合力也易理解，但對平衡位置合力不為零的簡諧運動較陌生，在本節(jié)課不提及此類問題，等講解單擺時再做詳細解釋。對能量的轉(zhuǎn)換較易理解，對能量隨時間的變化規(guī)律易模糊，可用圖像講解，形象準確。新課程改革打破了以前的應試教育模式，教育教學過程中師生地位平等，充分貫徹以

3、學生為本，堅持學生的主體地位，教師的主導地位。本節(jié)課是一節(jié)科學探究課，呈現(xiàn)在學生面前的是現(xiàn)象，是問題，積極引導學生探究。【核心素養(yǎng)】通過簡諧運動的回復力和能量的學習過程，對學生進行物質(zhì)世界遵循對立統(tǒng)一規(guī)律觀點的滲透，知道從個別到一般的思維方法。提高學生分析和解決問題的能力。【教學目標】（1）理解簡諧運動的運動規(guī)律，掌握在一次全振動過程中位移、回復力、加速度、速度變化的規(guī)律。（2）掌握簡諧運動回復力的特征并知道回復力定量地說明彈性勢能與動能的轉(zhuǎn)化。（4）知道在什么情況下可以把實際發(fā)生的振動看作簡諧運動。【教學重點】（1）簡諧運動的回復力特征及相關(guān)物理量的變化規(guī)律。（2）對簡諧運動中能量轉(zhuǎn)化和守恒

4、的具體分析。【教學難點】（1）物體做簡諧運動過程中位移、回復力、加速度、速度等變化規(guī)律的分析總結(jié)。（2）關(guān)于簡諧運動中能量的轉(zhuǎn)化。【設計思想】本節(jié)課緊緊圍繞如何落實新課程理念，充分發(fā)揮學生自主學習的主動性,對簡諧運動進行深入研究。本節(jié)課從力、運動以及功能兩個角度由淺入深地研究。首先充分利用學生已有的熟悉的運動知識引入力的概念。從細節(jié)上來看，通過不同簡諧運動模型創(chuàng)設情境，激發(fā)學生探究興趣；運用直觀形象的數(shù)據(jù)、圖表，讓學生輕松突破學習難點；通過例舉學生熟悉的物理現(xiàn)象“蕩秋千”的研究分析既加深學生對簡諧運動概念的理解，又讓學生認識到物理學在生活、經(jīng)濟等領(lǐng)域的作用。【教學策略】預習導學學生初步了解本節(jié)

5、內(nèi)容探究新知突出重點，突破難點典型例題分析課堂反饋課后測評【教學過程設計】教學流程教師活動學生活動設計意圖課前登陸優(yōu)教平臺，發(fā)送預習任務。查看優(yōu)教平臺上學生反饋的預習情況。（優(yōu)教提示：請登陸優(yōu)教平臺，發(fā)送本節(jié)預習任務）按時完成預習任務。發(fā)現(xiàn)薄弱點，針對性教學。新課導入前面兩節(jié)課我們從運動學的角度研究了簡諧運動的規(guī)律，不涉及它所受的力。在已學的知識當中，我們知道不同的運動受的力也是不同的。例如：物體靜止或勻速直線運動，所受合力為零；物體做勻變速直線運動，所受合力為大小和方向都不變的恒力；物體勻速圓周運動，所受合力大小不變，方向時刻都在改變，但方向總指向圓心。那么物體簡諧運動時，所受合力有何特點呢

6、這節(jié)課我們就來學習簡諧運動的動力學特征。學生回憶以前的知識回答不同運動所受的里有什么特點讓學生知道不同的運動所受力的特點是不同的，從而提到簡諧運動也是一種運動。新課學習（視本課內(nèi)容可以調(diào)整）（板書）一、簡諧運動的回復力當把彈簧振子從它靜止的位置O拉開一小段距離到A再放開后，它會在AOB之間振動。為什么會振動”分析：物體做機械振動時，一定受到指向中心位置的力，這個力的作用總能使物體回到中心位置，我們把這個力叫做簡諧運動的回復力。1、定義：受到總能使振動物體回到平衡位置，且始終指向平衡位置的力2、方向：始終指向平衡位置3、特點：回復力是根據(jù)力的效果命名的，不是什么新的性質(zhì)的力，（如同圓周運動中的向

7、心力）學習活動一：正確理解回復力4、，彈力，摩擦力，還可以是幾個力的合力或某個力的分力對于水平方向的彈簧振子，回復力就是彈簧的彈力。振子由于慣性而離開平衡位置，當振子離開平衡位置后，振子所受的回復力總是使振子回到平衡位置，這樣不斷地進行下去就形成了振動。振動的平衡位置O也可以說成是振動物體振動時受到的回復力為零的位置。彈簧振子振動時，不同的位置位移不同，回復力也不同，那回復力與位移又有什么關(guān)系呢（優(yōu)教提示：請打開素材“動畫演示：彈簧振子振動時回復力等因素的變化1”）分析：由振動過程的分析可知，振子的位移總是相對于平衡位置而言的，即初位置是平衡位置，位移可以用振子的位置坐標來表示，方向始終從平衡

8、位置指向振子（外側(cè)）。回復力的方向始終指向平衡位置，因而回復力的方向與振子的位移方向始終相反。對水平方向的彈簧振子來說，回復力就是彈簧的彈力。在彈簧發(fā)生彈性形變時，彈簧振子的回復力F跟振子偏離平衡位置的位移成正比，方向跟位移的方向總是相反。彈簧振子的回復力大小在改變，所以加速度大小學習活動二：理論分析，判斷振動是否為簡諧運動5、簡諧運動的動力學特征：F=-式中F為回復力，為偏離平衡位置的位移，是勁度系數(shù)，負號表示回復力與位移的方向總相反。大量理論研究表明：如果質(zhì)點所受的力與它偏離平衡位置的位移大小成正比，并且總指向平衡位置，質(zhì)點的運動就是簡諧運動。做簡諧運動的質(zhì)點，回復力總滿足F=-的形式。式

9、中是比例系數(shù)。這就是簡諧運動的動力學特征。這也是判斷物體是否做簡諧運動的方法回憶前面學的判斷物體是否做簡諧運動的方法課件展示：判斷物體是否做簡諧運動的條件：-t圖像為正弦曲線F-滿足F=-的形式下面用第二種方法來判斷豎直的彈簧拉一個小球的振動是不是簡諧運動？提醒：先找平衡位置。因為為振子到平衡位置的位移。規(guī)定向下為正方向平衡位置：振子在C點受到的彈力為：振子受的回復力與位移關(guān)系回復力與位移的關(guān)系符合簡諧運動的定義問：此時彈簧振子的回復力還是不是彈簧的彈力（不是）那是什么質(zhì)點受到的合力：重力和彈力的合力所以說：回復力不一定是彈力可能是幾個力的合力。回復力方向?qū)W習活動三：實驗驗證：數(shù)據(jù)處理二、簡諧

10、運動的能量因不考慮各種阻力，因而振動系統(tǒng)的總能量守恒。（用動畫模擬彈簧振子的振動，分別顯示分析、F、a、v、E、E簡諧運動系統(tǒng)的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機械能守恒。從運動學、力學、能量三方面回顧簡諧運動規(guī)律。使學生對這節(jié)課的知識有一個再次的認識板書設計簡諧運動的回復力和能量一、簡諧運動的回復力1定義：振動物體受到總能使振動物體回到平衡位置，且始終指向平衡位置的力2方向：始終指向平衡位置3特點：效果力4性而離開平衡位置，當振子離開平衡位置后，振子所受的回復力總是使振子回到平衡位置，這樣不斷地進行下去就形成了振動。二、簡諧運動的動力學特征：F=-式中F為回復力，為偏離平衡位置的位移，是勁度系數(shù)，負號表

11、示回復力與位移的方向總相反。三、簡諧運動的能量簡諧運動系統(tǒng)的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機械能守恒。典例分析針對訓練（優(yōu)教提示：打開優(yōu)教配套習題，使用互動答題卡，更快更便捷地掌握學生的學習情況）類型一簡諧運動的回復力【例1】如圖所示，彈簧振子B上放一個物塊A，在A與B一起做簡諧運動的過程中，關(guān)于A受力說法中正確的是受重力、支持力及彈簧對它的恒定的彈力受重力、支持力及彈簧對它的大小和方向都隨時間變化的彈力受重力、支持力及B對它的恒定的摩擦力受重力、支持力及B對它的大小和方向都隨時間變化的摩擦力【變式訓練1】對于彈簧振子的回復力與位移的關(guān)系圖象，下列圖象中正確的是【變式訓練2】如圖所示，圖甲為以O點為平衡

12、位置，在A、B兩點間做簡諧運動的彈簧振子，圖乙為該彈簧振子的振動圖象，由圖可知下列說法中正確的是=時，彈簧振子可能運動到B位置=與t=兩個時刻，彈簧振子的速度相同=0到t=的時間內(nèi)，彈簧振子的動能持續(xù)的增加=與t=兩個時刻，彈簧振子的加速度相同類型二簡諧運動中的能量問題【例2】如圖所示，一彈簧振子在光滑水平面的A、B點間做簡諧運動，平衡位置為O，已知振子的質(zhì)量為m。1簡諧運動的能量取決于_，本題中物體振動時_和_相互轉(zhuǎn)化，總_守恒。2關(guān)于振子的振動過程，以下說法中正確的是。A振子在平衡位置，動能最大，勢能最小B振子在最大位移處，勢能最大，動能最小C振子在向平衡位置振動時，由于振子振幅減小，故總

13、機械能減小D在任意時刻，動能與勢能之和保持不變3若振子運動到B處時將一質(zhì)量為m0的物體放于其上，且兩者無相對運動而一起運動，下列說法中正確的是A振幅不變B振幅減小C最大動能不變D最大動能減少【變式訓練1】彈簧振子在做簡諧運動的過程中，下列說法中正確的A在平衡位置時它的機械能最大B在最大位移處它的彈性勢能最大C從平衡位置到最大位移處它的動能減小D從最大位移處到平衡位置它的動能減小【變式訓練2】當一彈簧振子在豎直方向上做簡諧運動時，下列說法中正確的是A振子在振動過程中，速度相同時，彈簧的長度一定相等，彈性勢能相等B振子從最低點向平衡位置運動的過程中，彈簧彈力始終做負功C振子在運動過程中的回復力由彈簧彈力和振子重力的合力提供D振子在運動過程中，系統(tǒng)的機械能守恒。【反思總結(jié)】本節(jié)難點為簡諧運動的回復力的特征的掌握和各物理量的變化。對于回復力采用分析，最終得到回復力的定義、方向、特點和，重點是舉例不夠，使得學生只是憑空的想象。對于另一個難點各個物理量的變化，我把一個周期分為四個階段，對各個階段進行分析，在分析之前先找個物理量之間的關(guān)系，在帶領(lǐng)著學生分