学课题
选修3-4 第十一章 第一节《简谐运动》
教
材
分
析
教材所处的地位及前后联系
《简谐运动》是新课标人教版高中物理（选修3-4）第十一章《机械振动》第一节中的内容。机械振动是在学生学习了运动学、动力学及功和能的知识后而编排的，是力学的一个特例。机械振动是一种比较复杂的机械运动形式，对它的研究为以后学习电磁振荡、电磁波和光的本性奠定了知识基础．此外，机械振动的知识与人们的日常生活，生产技术和科学研究有着密切的关系，因此学习这部分知识有着广泛的现实意义。
《简谐运动》是学习本章后面各节内容的基础，也是本章的重点和难点之一。在研究简谐运动规律时要用到以前学过的运动学、动力学、功和能的知识，可起到复习巩固的作用，因此这部分内容在教材中起着承前启后的作用。
教学
目标
知识与技能：认识弹簧振子。
过程与方法：通过观察和分析，理解简谐运动的位移-时间图像是一条正弦曲线。
3、情感目标：培养学生逻辑思维能力，经历对简谐运动运动学特征的研究，加深对科学探究的领悟。
重点和难点
1．重点：
如果能抓住简谐运动中的各物理量的变化规律，也就把握了复杂的机械振动的要领，所以本节的教学重点为：
（1）弹簧振子的位移-时间图像。
（2）简谐运动的定义。
2．难点：
高二年级的大部分学生思维具有单一性、定势性，他们习惯于分析恒力作用下物体的单程运动，对变力作用下来回运动的振动过程的多量分析，学生普遍会感到有些困难，因此本节的教学难点为：如何用运动学的方法来研究简谐运动。
学情分析及处理对策
通过前面章节的学习，学生已经具备运动学的基本知识及科学的探究方法和分析物理规律的一定能力。因此，本节课从研究弹簧振子的振动过程出发，去了解简谐运动的特点和理解其运动规律，使学生能顺利地掌握新知识，为本章的学习打好铺垫。
虽然通过初中和高一的学习，学生已有一定的观察、实验能力，但逻辑思维、推理和综合分析的能力仍然有限。因此，本节课通过演示实验和引导学生分析弹簧振子运动规律，借用手机连拍功能，转换思想、描点连线，数形结合和photoshop技术来进一步提高学生上述能力和利用现代技术处理和解决问题的能力。
认知层次
知识要点
认识
理解
应用
综合
弹簧振子
∨
弹簧振子的x-t图
∨
简谐运动及其图像
∨
∨
教
法
实验仪器的使用
物理实验具有形象、生动、易调动学生积极性，化抽象为具体之功效，所以本节课通过实验演示，增加感性认识，通过对生活中身边见过的振动实例加深学生的切身体会。（所用仪器：竖直的弹簧振子、水平的弹簧振子，单摆）。
多媒体工具的使用
由于弹簧振子的振动时其位移与时间的关系，学生不易掌握。因此教学时要密切联系旧有知识，借助手机连拍功能进行数据采集，利用计算机photoshop软件进行图片处理，从而找出弹簧振子的位移-时间函数的图像，把突破难点的过程利用多媒体工具，让学生形象直观的感受科学探究所带来的乐趣，以及培养学生分析能力的过程。
因此，这节课可采用直观实验演示、讲论式分组教学、并辅以电教手段等多种形式的教学方法。
学法
以直观教学为突破口，引导学生在物理现象中寻找共同的特征。老师提出问题，师生共同猜想与假设，设计实验，并制定实验计划，分组讨论数据处理办法，而后进行实验，学生通过对演示实验观察，及回顾已学过的旧知识，积极参与讨论总结规律，达到接受知识的目的，及提高自身的观察、分析和逻辑思维能力。
目
标
设
计
1、通过新疆民族乐器冬不拉的弹唱视频，引入琴弦的机械振动。
2、从振动的实际生活中抽象出物理模型——弹簧振子。
从不同角度研究弹簧振子的位移-时间关系，培养学生对科学探究的基本方式方法的能力。
通过演示实验，利用手机连拍功能采集弹簧振子在不同时刻相对平衡位置的位移。数据处理时采用先定型，后定量的方法来研究弹簧振子位移-时间图像的函数表达式。
根据位移-时间图像的函数表达式定义简谐运动。
启发学生利用现有工具，采取多种方法，验证水平方向的弹簧振子和单摆是否也是简谐运动。
教学过程设计
教师预设
学生活动
情境设计
问题设计
导
入
新
课
情境1、视频引课：新疆哈萨克族民族乐器冬不拉与民族舞蹈的完美结合。
情境1、让竖直弹簧振子振动，并拨动钢尺使之振动。
问题1、曼妙的舞者与神奇的哈萨克民族乐器冬不拉完美的结合，让我们在感受视听盛宴的同时，不禁想知道冬不拉的声音来自何处？
问题2、大家回答的非常好，那这种琴弦的振动与我们身边很多振动都有一个什么样的共同点呢？
问题3、大家非常善于观察和思考，这种振动确实是一种往复运动，而这种往复运动是我们以前学习过的匀速直线、匀变速直线，抛体运动或是圆周运动吗？
问题4、那这种振动究竟时一种什么运动，这种运动有什么特点呢？
认真观看视频。回答：冬不拉的声音来自它琴弦的振动。
回答：这种振动的共同点就是都在做一种往复运动。
回答：不是。
积极思考：
新
课
教
学
新
课
教
学
情境1、板书课题。
情境2、演示实验：拨动竖直方向的弹簧振子，让振子上下振动。
情境3、猜测与假设。
情境4、回顾已学知识，启发学生思考。
情境5、演示实验：拨动竖直方向的弹簧振子，让振子上下振动。
情景6、学生实验：一个学生拿粉笔在黑板上竖直方向上下做往复运动。
情景7、学生实验：：一个学生拿粉笔在黑板上竖直方向上下做往复运动；另一个学生拉动黑板。
情境8、拿出智能手机
情景9、演示实验：拨动竖直方向的弹簧振子，让振子上下振动；并请学生用智能手机连拍振动过程中各时刻对应的振子位置。
情景10、用电脑连续播放连拍相片，让学生观察振动放慢后的动态效果
情景11、学生代表拿手机读取相片中振子的相应位移
情景12、板书简谐运动的定义和表达式
讲授1、我们今天就来研究一下机械振动中最简洁的一种振动，简谐振动。
讲授2、由于琴弦的振动较为复杂，我们今天先抽象出一个物理模型，这个模型是把一个重物装在弹簧的一端，弹簧的另一端固定在铁架台上，忽略弹簧自身重力和空气阻力，这个小球与弹簧组成的系统被称为弹簧振子。
问题1、大家观察我们这个弹簧振子的振动，猜测一下这究竟是一种什么样的运动。
问题2、那这种变速运动有什么特点呢？
讲授3、大家回答的很好，我们都说“实践是检验真理的唯一标准”，那我们不妨动手通过实验来看看，这种振动究竟是一种什么运动。但是在制定实验之前，我们得知道如何通过实验来得到物体的运动规律才行。
问题3、为了解决刚才的问题，我们先回想之前我们都学过那些可以判断物体运动形式和特点的方法？
讲授3、这种方法是利用动力学的方法，通过判断力与运动的关系，从而确定物体的运动形式；然而我们还可以用运动学的方法，利用研究物体的位移时间关系或速度时间关系从而确定物体的运动形式。今天我们探讨用运动学方法来研究它的运动特点，动力学的方法会在接下来的学习中接触到。
讲授4、我们通过运动学的方法来研究时，就必须要确定不同时刻振子相对平衡位置的位移。这样才可以找到振子的x-t图象。
问题4、那如何记录各时刻与对应的振子的位移呢？
问题5、这个想法非常好，就有点儿类似咱们利用纸带记录直线运动的轨迹一样。但是我们之前研究的都是单向的直线运动，现在我们研究的是往复运动。轨迹有重合，这个问题怎么解决呢？
问题6、大家的办法很好，但在拉动过程中应该怎么拉，为什么要这样拉黑板。
讲授5、非常好，只有匀速拉动，在沿拉动方向上的距离与时间才是成正比关系的，这样才能用长度来代替时间。大家的想法都非常好，借用大家的想法，我们利用智能手机的连拍功能来抓拍振子在不同时刻所在的位置。
问题7、由于手机连拍功能的时间间隔是定值，所以在坐标纸上横坐标为时间轴，只用取相等间隔就行，纵坐标表示位移，可以直接根据刻度尺读数。现在我们采用两种处理方式来进行处理，一种是大部分同学利用坐标纸作出x-t图象，另一种是需要请我们班的电脑高手利用电脑处理相片并且得到频闪照片的效果。
问题8、郭帅你有什么问题吗？
问题9、那你计划怎么把这些连拍的相片集合在一张相片上，并且让它能够有频闪照片的效果呢？
讲授6、这个想法非常好，那我们现在请郭帅同学利用电脑来处理我们的相片，其他同学跟我一起利用坐标纸来处理数据。
讲授7、黑板上记录数据，指导学生数据处理。
问题8、大家看看你们处理的结果和郭帅用电脑处理的结果一样吗？
讲授8、那我们感谢郭帅为我们带来的精彩的处理方式。
问题9、同学们那你们的实验结论是什么？
问题10、大家分析的很好，但它真的是正弦曲线吗？
问题11、我觉得大家只能是说它长得像正弦曲线吧？要想确定它是否真的是正弦曲线，还应该先写出它的表达式，然后带入你测量的数据进行检验。或者是把测量值输入计算机，用数表软件作出这条曲线，看看可以用什么函数跟这个位移-时间图像耦合。
讲授9、如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象（x-t）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。
看书、记录并思考：
回答：这种振动是一种变速运动。
积极思考：
回答：这种运动是一种变加速运动。
积极思考，回答：判断物体受力情况，从而确定物体的运动形式和特点。
积极思考：
积极思考：
回答：在振子上固定一只笔，振子振动时就可以通过笔在纸上留下它运动的痕迹。
回答：我们只需要拉动那张纸，画出的轨迹就不会重合了。
回答：要匀速拉动黑板，这样才能通过平面的空间在沿拉动方向上的距离来反映物体运动的时间。
积极思考：
回答：郭帅用电脑处理，我们用坐标纸。
回答：没问题。
回答：我打算用PS软件把每张相片有振子的部分，宽度相等，高度相同的截取下来，把振子放在截图的中心，在把所有相片按时间的先后顺序拼接在一张图中。这样就可以保证每相邻两张图的时间间隔是用等间距的长度来反映的，而振子竖直方向的位移被保留，这样就可以了
分组数据处理：提醒同桌相互配合。实验完毕，要求作图验证，并互相讨论交流。
积极思考，建立坐标，描点连线：
回答：一样。
掌声鼓励：
回答：我们画出的x-t图象是一个正弦曲线，说明弹簧振子的位移与时间的关系符合正弦曲线规律。
回答：是
学生积极运算，得到函数表达式：
X=Asin(ωt+φ)
积极思考：
课
堂
小
结
1、引导组织学生概括总结本节的内容。
2、组织学生在相互交流进行小结。
3、请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结。
4、请同学评价黑板上的小结内容。
5、在学生小结后对学生的学习情况进行总结和评价。
1、按要求回顾本节知识内容。
2、认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
课
后
作
业
课后有选择的探究“水平方向振动的弹簧振子”、“单摆”的运动形式，判断这些物体的运动是否是简谐运动，并说明理由。
板
书
设
计
11.1 简谐运动
1、弹簧振子：
2、弹簧振子的位移-时间图像：
3、简谐运动：
（1）定义：如果指点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象（x-t）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。
（2）表达式：X=Asin(ωt+φ)
教
学
设
计
反
思
教学过程应该具有连续性，具有承前启后的效果，本节课设计的意图是在已有研究运动学的基础方法上，让学生利用多媒体工具对科学探究有更浓厚的兴趣和更深刻的领悟。对学生科学素养的培养能起到积极的作用和正面的影响。
课件14张PPT。新课标人教版 ·高中物理· 选修3-4 简谐运动第十一章《机械振动》 第一节 请欣赏新疆民
族乐器冬不拉
与民族舞蹈这些振动，在
运动上的共同
点是什么？这种振动究竟是一种什么运动？这种振动有什么运动特点呢？弹簧
振子变加速运动？变速运动？忽略弹簧自身重力和空气阻力，把一个重物装在弹簧一端，弹簧另一端固定起来，重物与弹簧所组成的系统。实践是检验真理的唯一标准！文字研究物体运动形式和特点的方法如何记录各时刻与之对应的位移？模拟时间位移如何利用空间的长度来
反映时间的纬度两名同学上台模拟演示采用运动学方法
利用振子相对平衡
位置的位移与时间的
关系来研究物体
的运动规律。智能手机导出相片相片处理描点连线振子振动弹簧振子上下振动，稳定后开始记录从手机里导出相片，便于处理连拍相片相邻两张的时间间隔相等，横坐标取等间隔，找出对于纵坐标利用连拍功能，抓拍振子运动轨迹依次读出每张图片中振子相对平衡位置的位移t
时间实验结论X-t图象为正弦曲线如何确定它是正弦曲线？带入测量值，验证表达式根据图象写出表达式用计算机图表软件处理数据得到函数曲线，用函数耦合曲线确定函数的方法定义表达式简谐运动提出问题1猜想与假设2制定计划设计实验3进行实验采集数据4分析论证下结论课堂小结5表达与交流6
