《人教版選修3—4 物理11.3 簡諧運動的回復(fù)力和能量教學(xué)設(shè)計1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《人教版選修3—4 物理11.3 簡諧運動的回復(fù)力和能量教學(xué)設(shè)計1（10頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 教學(xué)設(shè)計 第十一章 第三節(jié) 簡諧運動的回復(fù)力和能量 【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(fù)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(xué)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(xué)和能量的 角度研究的。 本 在整個高中物理必修教材的教學(xué)中動力學(xué)以及功能轉(zhuǎn)化關(guān)系貫穿始終，?節(jié)課再次從這兩 個角度深化了學(xué)生對物理學(xué)科的理解和體會，提高了學(xué)生分析問題解決問題的能力。 本節(jié)的學(xué)習學(xué)習的重點是使學(xué)

2、生掌握簡諧運動的回復(fù)力特征及相關(guān)物理量的變化規(guī)律。 復(fù)力的特征是形成加速度、速度、位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(fù)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(xué)情分析】 學(xué)生對于運動學(xué)的角度分析簡諧運動已經(jīng)比較熟悉，學(xué)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(fù)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

3、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(yīng)試教育模式，教育教學(xué)過程中師生地位平等，充分貫徹以學(xué)生 為本，堅持學(xué)生的主體地位，教師的主導(dǎo)地位。本節(jié)課是一節(jié)科學(xué)探究課，呈現(xiàn)在學(xué)生面前的 是現(xiàn)象，是問題，積極引導(dǎo)學(xué)生探究。 【教學(xué)目標】 1.知識與技能： （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(fù)力、加速度、速度變化 的規(guī)律。 （2）掌握簡諧運動回復(fù)力的特征并知道回復(fù)力來源 （3）對水平的彈簧振子，能定量地說明彈性勢能與動能的轉(zhuǎn)化。 （4）知道在什么

4、情況下可以把實際發(fā)生的振動看作簡諧運動。 2.過程與方法： （1）通過對彈簧振子所做簡諧運動的分析，得到有關(guān)簡諧運動的一般規(guī)律性的結(jié)論，使學(xué)生 知道從個別到一般的思維方法。 （2）分析彈簧振子振動過程中能量的轉(zhuǎn)化情況，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。 3.情感態(tài)度與價值觀： （1）簡諧運動過程中能量的相互轉(zhuǎn)化情況，對學(xué)生進行物質(zhì)世界遵循對立統(tǒng)一規(guī)律觀點的滲 透。 （2）、振動有多種不同類型說明各種運動形式都是普遍性下的特殊性的具體體現(xiàn) （3）、通過物體做簡諧運動時的回復(fù)力和慣性之間關(guān)系的教學(xué)，使學(xué)生認識到回復(fù)力和慣性是 . 矛

5、盾的兩個對立面，正是這一對立面能夠使物體做簡諧運動。 【重點重點】 （1）、簡諧運動的回復(fù)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)化和守恒的具體分析。 【重點難點】 （1）物體做簡諧運動過程中位移、回復(fù)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(shè)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(xué)生自主學(xué)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(xué)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

6、創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生探究 興趣；運用直觀形象的數(shù)據(jù)、圖表，讓學(xué)生輕松突破學(xué)習難點；通過例舉學(xué)生熟悉的物理現(xiàn)象 ——“蕩秋千”的研究分析既加深學(xué)生對簡諧運動概念的理解，又讓學(xué)生認識到物理學(xué)在生活、 經(jīng)濟等領(lǐng)域的作用。 【教學(xué)資源】 討論與歸納、推導(dǎo)與列表對比、多媒體模擬展示 【教學(xué)策略】 預(yù)習導(dǎo)學(xué)→學(xué)生初步了解本節(jié)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(xué)過程設(shè)計】 教學(xué) 流程 教師活動????????????????????????????????????????????

7、??學(xué)生活動?????????設(shè)計意 圖 新課 前面兩節(jié)課我們從運動學(xué)的角度研究了簡諧運動的規(guī) 學(xué)生回憶以前的 讓學(xué)生 導(dǎo)入 律，不涉及它所受的力。 在已學(xué)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？ 這節(jié)課我們就來學(xué)習簡諧運動的動力學(xué)特征。 知識 回答不同運動所

8、 受的里有什么特 點 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(xué)習 （視 （板書）一、簡諧運動的回復(fù)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?A－O－B?之間振動。為什么會振動？” 教師提出問題： 彈簧振子為什么 振動？ 設(shè)計問 題讓學(xué) 生一步 本課 分析：物體做機械振動時，一定受到指向中心位置的力，?學(xué)生： 步跟著 內(nèi)容

9、 可以 調(diào) 整） 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(fù)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 受到力了。 教師接著問： 受到什么特點的 力？ 學(xué)生： 教師的 思路 走，使 學(xué)生了 解回復(fù) 3、特點：回復(fù)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心力） 指向平衡位置的?力的特 力?點，得 學(xué)生：找學(xué)生敘述?到回復(fù) 教師指正，得到原

10、因。 力的定 義。 學(xué)生有可能得到：?得到回 回復(fù)力的表達 復(fù)力的 學(xué)習活動一：正確理解回復(fù)力 4、來源：振動方向的合力 可以是重力，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(fù)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(fù)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

11、 回復(fù)力為零的位置。 彈簧振子振動時，不同的位置位移不同，回復(fù)力也不同，那 回復(fù)力與位移又有什么關(guān)系呢？ 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?x?來表示，方向始終從平衡位置指向振子（外側(cè)）。 回復(fù)力的方向始終指向平衡位置，因而回復(fù)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(fù)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(fù)力?F?跟振子偏離平 衡位置的位移?x?成正比，方向跟位移的方向總是相反。 彈簧振子的回復(fù)力大小在

12、改變，所以加速度大小 學(xué)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(xué)特征： F=-kx 式中?F?為回復(fù)力，x?為偏離平衡位置的位移，k?是勁度系 數(shù)，負號表示回復(fù)力與位移的方向總相反。 式：?F=kx ，教師指正 回想位移-時間的 圖像來判斷物體 是否做簡諧運動 的條件 找學(xué)生判斷 學(xué)生分析后三個 階段 展示學(xué)生做的題 找學(xué)生回答，教師 指導(dǎo) 定義也 就得到 了振子 振動的 原因 加強學(xué) 生對簡 諧運動 動力學(xué) 特征

13、的 掌握 與前面 的簡諧 運動的 位移- 時間圖 像聯(lián) 系，兩 種判斷 物體是 否做簡 諧運動 的條件 鍛煉學(xué) 生分析 的能力 對圖像 的規(guī)律 進行總 結(jié) 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(fù)力總滿足?F=-kx?的形式。式中 k?是比例系數(shù)。這就是簡諧運動的動力學(xué)特征。 這也是判斷物體是否做簡諧運動的方法 回憶前面學(xué)的

14、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： ①x-t?圖像為正弦曲線 ②F-x 滿足 F=-kx?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：①先找平衡位置。因為?x 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: ②振子受的回復(fù)力與位移關(guān)系 回復(fù)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(fù)力還是不是彈簧的彈力？（不是） 那是什么？指點受到的合力 重力和彈力的合力 所以說：回復(fù)力不一

15、定是彈力可能是幾個力的合力。  思考；光滑斜面 上，判斷小球是 否為簡諧運動 學(xué)習活動三：??實驗驗證：數(shù)據(jù)處理??????????????????????? 通過實驗分析簡 ③回復(fù)力方向  諧運動回復(fù)力與 位移關(guān)系，最后 將數(shù)據(jù)通過描點 法做出回復(fù)力與 位移的函數(shù)關(guān)系  學(xué)生描 點作 圖，得 到?F-x 關(guān)系 三、簡諧運動的能量 因不考慮各種阻力，因而振動系統(tǒng)的總能量守恒。（用 CAI?課件模擬彈簧振子的振動，分別顯示分析?x、F

16、、a、v、 Ek、Ep、E?的變化情況） 觀察振子從?A→O→B→O→A?的一個循環(huán)，這一循環(huán)可分 為四個階段：A→O、O→B、B→O、O→A，分析在這四個階段 中上述各物理量的變化，并將定性分析的結(jié)論填入表格中。 分析：彈簧振子由?C→O?的變化情況 分步討論彈簧振子在從?C→O?運動過程中的位移、回復(fù) 力、加速度、速度、動能、勢能和總能量的變化規(guī)律。 ①從?C?到?O?運動中，位移的方向如何?大小如何變化? 由?C?到?O?運動過程中，位移方向由?O→C，隨著振子不斷 地向?O?靠近，位移越來越小。 ②從?C?到

17、?O?運動過程中，小球所受的回復(fù)力有什么特點? 小球共受三個力：彈簧的拉力、桿的支持力和小球的重 力，而重力和支持力已相互平衡，所以回復(fù)力由彈簧彈力提 供。 所以從?C→O?過程中，據(jù)胡克定律得到：物體所受的合力 變小，方向指向平衡位置。 ③從?C?到?O?運動過程中，振子的加速度方向如何?大小如 何變? 據(jù)牛頓第二定律得，小球從?C?到?O?運動過程中，加速度 變小，方向指向平衡位置。 ④從?C→O?過程中，速度方向如何?大小如何變化? 因為物體的速度方向與運動方向一致，從?C?到?O?運動過 程中，速度方向是從?C →

18、O。隨著振子不斷地向?O?靠近，彈 簧勢能轉(zhuǎn)化為動能，所以小球的速度越來越大。 ⑤從?C →O?過程中，動能大小如何變化? 動能是標量，從?C →O，大小變化是越來越大。 ⑥從?C →O?過程中，勢能大小如何變化? 勢能是標量，從?C →O，大小變化是越來越小。 ⑦從?C →O?過程中，總能量大小如何變化? （讓學(xué)生討論分析振子從?O→B，從?B→O，從?O→A?的運 動情況，要求學(xué)生填寫表格，并檢查所填內(nèi)容是否正確）  研究能量一定離 不開力、位移、 功 振子的運動 C

19、→O O→?B?B?→O O→C 對?O?點位移的方向 怎樣？大小如何變 化？  向右 減小  向左 增大  向左 減小  向右 增大  表格形式研究一 回復(fù)力的方向怎 樣？大小如何變 化？ 加速度的方向怎 樣？大小如何變 化？ 速度的方向怎樣？ 大小如何變化？ 振子的動能 彈簧的勢能 系統(tǒng)總能量  向左 減小 向左 減小 向左 增大 增大 減小 不

20、變  向右 增大 向右 增大 向左 減小 減小 增大 不變  向右 減小 向右 減小 向右 增大 增大 減小 不變  向左 增大 向左 增大 向右 減小 減小 增大 不變 個周期內(nèi)各物理 量的變化 振動具有周期性 和對稱性，在振動 過程中，相關(guān)物理 量的變化情況分 析：x；a；F；v 學(xué)生填 表回答 問題

21、 總結(jié)：當物體向著平衡位置運動時，a、v?同向，振子做 變加速運動，此時 x↓ F↓ a↓ Ep↓ v ↑ Ek↑ 當物體遠離平衡位置運動時，a、v?反向，振子做變減速 運動，此時 x↑ F↑ a↑ Ep↑ v↓ Ek ↓ 知識鏈接:簡諧運動的能量跟振幅有關(guān),振幅越大,振動的 能量越大。由于簡諧運動的總能量保持不變,所以又稱為等幅 振動。 你會蕩秋千嗎? 你喜歡蕩秋千嗎?也許你很喜歡卻蕩不好。要知道,會蕩秋千 的人,不用別人幫助推,就能越擺越高,而不會蕩秋千的人則始 終也擺不起來,知道這是什么原因嗎? 請你仔細

22、觀察一下蕩秋千高手的動作: 他從高處擺下來的時候身子是從直立到蹲下,而從最低點向 上擺時,身子又從蹲下到直立起來。由于他從蹲下到站直時, 重心升高,無形中就對自己做了功,自身內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能,增 大了重力勢能。因而,每擺一次秋千,都使蕩秋千的人自身機械 能增加一些。如此循環(huán)往復(fù),總機械能越積越多,秋千就擺得越 來越高了。不信你可以試試看! 課堂 本節(jié)課學(xué)習了簡諧運動的動力學(xué)特征和簡諧運動的能  教師畫動能、勢 能隨時間變化圖 像，體現(xiàn)其周期 性。

23、 從運動學(xué)、力學(xué)、?使學(xué)生 小結(jié) 量。 簡諧運動是在與位移大小成正比，并且方向總指向平衡 能量三方面回顧 簡諧運動規(guī)律。  對這節(jié) 課的知 位置的回復(fù)力作用下的振動。做簡諧運動的質(zhì)點，回復(fù)力總 滿足?F=-kx?的形式。式中?k?是比例常數(shù)。 簡諧運動的運動學(xué)特征?F=-kx/m 簡諧運動系統(tǒng)的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機械能守恒。 板書 11.3 簡諧運動的回復(fù)力和能量 設(shè)計 一、 簡諧運動的回復(fù)力 1、?定義：振

24、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、 來源：振動方向的合力 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(fù)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(xué)特征：F=-kx 式中?F?為回復(fù)力，x?為偏離平衡位置的位移，k?是勁度系 數(shù)，負號表示回復(fù)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。 類型一 簡諧運動的回復(fù)力 【例?1】如圖所示

25、,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( ) 識有一 個再次 的認識 典 例 分 析 針 對 訓(xùn) 練 A.物塊?A?受重力、支持力及彈簧對它的恒定的彈力 B.物塊?A?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 C.物塊?A?受重力、支持力及?B?對它的恒定的摩擦力 D.物塊?A?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(xùn)練?1】.對于彈簧振子的回復(fù)力與位移的關(guān)系

26、圖 象，下列圖象中正確的是 【變式訓(xùn)練?2】如圖所示，圖(甲)為以?O?點為平衡位置， 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( ) A.在?t=0.2?s?時，彈簧振子可能運動到?B?位置 B.在?t=0.1?s?與?t=0.3?s?兩個時刻，彈簧振子的速度相 同 C.從?t=0?到?t=0.2?s?的時間內(nèi)，彈簧振子的動能持續(xù)的 增加 D.在?t=0.2?s?與?t=0.6?s?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

27、 【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 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

28、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(xùn)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(xùn)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

29、 負功 C.振子在運動過程中的回復(fù)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(fù)力的特征的掌握和各物理量的變化。對于回復(fù)力采用分 析，最終得到回復(fù)力的定義、方向、特點和來源，對于來源解釋的還是稍有欠缺，重點是 舉例不夠，使得學(xué)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(xué) 生分析第一個階段，剩下三個階段學(xué)生獨立完成，后找學(xué)生回答。 整體比較流暢，但前半節(jié)課與學(xué)生互動比較少，多用了講授式教學(xué)。后半節(jié)課氣氛 比較活躍，特別是最后一道開放性的題，讓學(xué)生很有興趣，能根據(jù)自己的思考提出問題， 并能回答。特別是幾道比較難的題，這是我沒有想到的，可見學(xué)生的思路是很開闊的，他 們想到的問題，有可能老師也沒有想到的。 從這節(jié)課讓我知道，課堂是應(yīng)該是學(xué)生的天下，應(yīng)該讓他們?nèi)ニ伎既ヌ剿?，而不? 老師一味的去講，硬性的去讓學(xué)生接受。