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人教版高中物理选择性必修1第2章第1节简谐运动教学设计
课题
简谐运动
单元
2
学科
物理
年级
高二
教材分析
本节在节前“问题”中列举了多个实例，通过让学生归纳共同点来引出机械振动的概念;而后从运动学的角度认识弹簧振子，通过实验得出弹簧振子的位移一时间图像:
再通过数据分析发现弹簧振子的位移一时间图像是正弦曲线。
简谐运动可以根据运动学和动力学特征分别进行定义，本节根据运动学特征给出了简谐运动的定义。本节的重点是形成简谐运动的概念和认识它的位移一时间图像，
难点是弹簧振子理想化模型的建构和简谐运动位移与时间函数关系的得出。
学习目标
物理观念：认识弹簧振子。科学思维：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。科学探究：经历对简谐运动运动学特征的探究过程，加深领悟用图像描绘运动的方法．科学与态度与价值观：通过对简谐运动特征的学习，培养实事求是的科学探究精神。
重点
简谐运动的运动学特征的探究过程。
难点
简谐运动的运动学特征
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
思考1：我们以前学过哪些运动形式？加速度大小方向都不变的匀变速直线运动。（自由落体运动）加速度大小方向都不变的匀变速曲线运动。（平抛运动）加速度大小不变方向改变的变加速曲线运动。（匀速圆周运动）思考2：这些运动的共同点是什么?
观察图片，回答问题。观看视频和演示，总结所演示运动的特点。
复习旧知识，建立高中所学习的运动类型的知识框架。
讲授新课
一、机械振动1、定义：物体在平衡位置附近的往复运动。思考3：这些运动的共同特点是什么？2、特点：（1）平衡位置——“对称性”。
振动停止时物体所在的位置（2）往复运动——“周期性”课堂练习1、简单应用：下列运动中属于机械振动的是（
）A、树枝在风的作用下的运动B、竖直向上跑出的物体的运动C、说话时声带的振动D、爆炸声引起的窗扇的运动答案：ACD二、弹簧振子——理想化模型1、概念：小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，有时也把这样的小球称做弹簧振子或简称振子。2、理性化模型：（1）不计阻力（2）弹簧的质量与小球相比可以忽略。思考4：振子的运动是怎样一种运动呢？（视频演示）三、弹簧振子的位移——时间图像
研究弹簧振子的运动振子的位移x都是相对于平衡位置的位移，以平衡位置为坐标原点O，沿振动方向建立坐标轴。规定在O点右边时位移为正，在左边时位移为负。
图像绘制方法（1）、频闪照相（2）、描图记录法体验：一同学匀速拉动一张白纸，另一同学沿与纸运动方向相垂直方向用笔往复画线段，观察得到的图象。做一做：用数码相机和计算机绘制弹簧振子的x—t
图像如图所示的装置可以视为弹簧振子吗？请尝试用数码相机拍摄钢球的运动。通常每隔0.04s(这个时间间隔通常可以设定)数码相机就会拍摄一帧照片。拍摄时最好把钢球的位置放在取景框的最左侧。在计算机中建立一个幻灯片的演示文稿，把这些照片插入文稿中的同一张空白幻灯片中，照片会按拍摄时间的先后一帧一帧自动向右平铺开来。最终可以得到什么样的结果？四、简谐运动及其图像1、什么是简谐运动？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图象）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。简谐运动是最简单、最基本的运动。2、简谐运动的特点是什么？简谐运动是最简单、最基本的振动，其振动过程关于平衡位置对称，是一种往复运动．弹簧振子的运动就是简谐运动．3、请画出简谐运动的图象4、由图像可知位移、速度有哪些特点？(1)位移：方向始终背离平衡位置，每经过平衡位置位移方向发生改变；远离平衡位置时位移增大，衡位置时位移减小。(2)速度：每经过最大距离处速度方向发生改变，远离平衡位置（位移增大）时速度方向和位移方向相同，衡位置（位移减小）时速度方向和位移方向相反。课堂练习2、正误判断(1)简谐运动就是指弹簧振子的运动。( )解析:只要运动的x-t图像满足正弦曲线,该运动即为简谐运动。(2)简谐运动是机械振动中最简单、最基本的一种运动。( )(3)只要有弹簧、物体,就可以组成弹簧振子。( )解析:弹簧振子是一种理想模型,它要求物体与水平杆之间的摩擦忽略不计,弹簧的质量比物体的质量小得多,也可以忽略不计。(4)振动的物体可以做直线运动,也可以做曲线运动。( )(5)振动物体的位移都是以平衡位置为初位置的。( )(6)振动图像是振子的运动轨迹。( )解析:振动图像是振子相对平衡位置的位移随时间变化的图像,不是运动轨迹。答案：错、对、错、对、对、错
完成思考问题。完成课堂练习。了解弹簧振子的模型结构，观察弹簧振子的运动，总结弹簧振子的运动特点。观察振子的运动轨迹，尝试画出弹簧振子的位移时间图像。通过正确的方法再次画出弹簧振子的位移时间图像。采用不同的方法画出弹簧振子的x-t图像。通过画图，总结简谐运动图像的特点。知道什么样的运动是简谐运动。完成课堂练习。
给出机械振动的概念之后，再次思考机械振动的特点，规范学生的描述问题时的物理语言。通过动画和实物演示弹簧振子的运动，让学生通过观察总结弹簧振子运动的特点。先让学生根据自己对弹簧振子位移特点的认识，尝试画出振子的位移时间图像。再通过演示位移时间图像的正确画法，通过试错，掌握位移时间图像的特点。让学生尽可能多的动手操作，提高学生的动手操作能力。通过画图和练习，帮助学生总结简谐运动的特点和规律。
拓展提高
1、关于水平放置的弹簧振子的运动,下列说法正确的是( )A.若位移为负值,则速度一定为正值,加速度也一定为正值B.振子通过平衡位置时,速度为零,加速度最大C.振子每次通过平衡位置时,加速度相同,速度也一定相同D.振子每次通过同一位置时,其速度不一定相同,但加速度一定相同解析:如图所示,因为弹簧振子的位移是以平衡位置O为起点的,设向右为正,则当振子在OB段时,位移为正,在OA段时位移为负,可见当振子由O向A运动时其位移为负值,速度也是负值,故选项A错误;振子在平衡位置时,弹力为零,加速度a为零,但速度最大,故选项B错误;振子在平衡位置O时,速度方向可以是不同的,故选项C错误;位移相同时,弹簧产生弹力相同,加速度a相同,但振子在该点的速度方向可以向左,也可以向右,故选项D正确。答案:D2、(多选)对于弹簧振子的简谐运动,下述说法正确的是
( )A.振子通过平衡位置时,加速度最小B.振子在最大位移处时,速度最大C.振子在连续两次通过同一位置时,速度相同D.振子连续两次通过同一位置时,动能相同解析:振子经过平衡位置时加速度为零,故选项A正确;振子在最大位移处时速度最小,故选项B错误;振子连续两次通过同一位置时,速度大小相同,方向相反,故选项C错误;动能是标量,振子经过同一位置时速度的大小相同,则动能相同,故选项D正确。答案:A
D3、一简谐运动的图像如图所示,在0.1~0.15
s这段时间内( )A.加速度增大,速度变小,加速度和速度方向相同B.加速度增大,速度变小,加速度和速度方向相反C.加速度减小,速度变大,加速度和速度方向相同D.加速度减小,速度变大,加速度和速度方向相反解析:由题图可知,在0.1~0.15
s这段时间内,位移为负且增大,表明物体远离平衡位置运动,则加速度增大,速度减小,加速度与速度方向相反,故选项B正确。答案:B
完成拓展提高。
通过练习巩固基础知识
课堂小结
一、机械振动二、弹簧振子1、平衡位置2、理想化模型三、位移-时间图像1、速度、位移、加速度2、正弦曲线
总结本节课所学习知识。
总结基础知识，建立知识框架。
板书
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精品试卷·第
2
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（共
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页）
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简谐运动
人教版
选择性必修1
新知导入
思考1：我们以前学过哪些运动形式？
加速度大小方向都不变的匀变速直线运动。（自由落体运动）
加速度大小方向都不变的匀变速曲线运动。（平抛运动）
加速度大小不变方向改变的变加速曲线运动。（匀速圆周运动）
新知导入
思考2：这些运动的共同点是什么?
生活中的机械振动：
新知导入
一、机械振动
思考3：这些运动的共同特点是什么？
1、定义：物体在平衡位置附近的往复运动。
2、特点：
（1）平衡位置——“对称性”。
振动停止时物体所在的位置
（2）往复运动——“周期性”
课堂练习
1、简单应用：下列运动中属于机械振动的是（
）
A、树枝在风的作用下的运动
B、竖直向上跑出的物体的运动
C、说话时声带的振动
D、爆炸声引起的窗扇的运动
ACD
课堂练习
小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，有时也把这样的小球称做弹簧振子或简称振子。
2、理性化模型：
（1）不计阻力
（2）弹簧的质量与小球相比可以忽略。
1、概念：
二、弹簧振子——理想化模型
O
思考4：振子的运动是怎样一种运动呢？
新知讲解
弹簧振子：
新知讲解
三、弹簧振子的位移——时间图像
振子的位移x都是相对于平衡位置的位移，以平衡位置为坐标原点O，沿振动方向建立坐标轴。规定在O点右边时位移为正，在左边时位移为负。
O
研究弹簧振子的运动
新知讲解
图像绘制方法
（1）、频闪照相
（2）、描图记录法
新知讲解
弹簧振子运动图像：
新知讲解
体验：一同学匀速拉动一张白纸，另一同学沿与纸运动方向相垂直方向用笔往复画线段，观察得到的图象。
绘制地震曲线
心电图
新知讲解
做一做：用数码相机和计算机绘制弹簧振子的x—t
图像
如图所示的装置可以视为弹簧振子吗？
请尝试用数码相机拍摄钢球的运动。通常每隔0.04s(这个时间间隔通常可以设定)数码相机就会拍摄一帧照片。拍摄时最好把钢球的位置放在取景框的最左侧。
在计算机中建立一个幻灯片的演示文稿，把这些照片插入文稿中的同一张空白幻灯片中，照片会按拍摄时间的先后一帧一帧自动向右平铺开来。最终可以得到什么样的结果？
新知讲解
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图象）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。简谐运动是最简单、最基本的运动。
四、简谐运动及其图像
简谐运动是最简单、最基本的振动，其振动过程关于平衡位置对称，是一种往复运动．弹簧振子的运动就是简谐运动．
1、什么是简谐运动？
2、简谐运动的特点是什么？
新知讲解
3、请画出简谐运动的图象
4、由图像可知位移、速度有哪些特点？
(1)位移：方向始终背离平衡位置，每经过平衡位置位移方向发生改变；远离平衡位置时位移增大，衡位置时位移减小。
(2)速度：每经过最大距离处速度方向发生改变，远离平衡位置（位移增大）时速度方向和位移方向相同，衡位置（位移减小）时速度方向和位移方向相反。
课堂练习
2、正误判断
(1)简谐运动就是指弹簧振子的运动。( )
(2)简谐运动是机械振动中最简单、最基本的一种运动。( )
(3)只要有弹簧、物体,就可以组成弹簧振子。( )
(4)振动的物体可以做直线运动,也可以做曲线运动。( )
(5)振动物体的位移都是以平衡位置为初位置的。( )
(6)振动图像是振子的运动轨迹。( )
×
解析:只要运动的x-t图像满足正弦曲线,该运动即为简谐运动。
√
×
解析:弹簧振子是一种理想模型,它要求物体与水平杆之间的摩擦忽略不计,弹簧的质量比物体的质量小得多,也可以忽略不计。
√
√
×
解析:振动图像是振子相对平衡位置的位移随时间变化的图像,不是运动轨迹。
拓展提高
1、关于水平放置的弹簧振子的运动,下列说法正确的是( )
A.若位移为负值,则速度一定为正值,加速度也一定为正值
B.振子通过平衡位置时,速度为零,加速度最大
C.振子每次通过平衡位置时,加速度相同,速度也一定相同
D.振子每次通过同一位置时,其速度不一定相同,但加速度一定相同
解析:如图所示,因为弹簧振子的位移是以平衡位置O为起点的,设向右为正,则当振子在OB段时,位移为正,在OA段时位移为负,可见当振子由O向A运动时其位移为负值,速度也是负值,故选项A错误;振子在平衡位置时,弹力为零,加速度a为零,但速度最大,故选项B错误;振子在平衡位置O时,速度方向可以是不同的,故选项C错误;位移相同时,弹簧产生弹力相同,加速度a相同,但振子在该点的速度方向可以向左,也可以向右,故选项D正确。
答案:D
拓展提高
2、(多选)对于弹簧振子的简谐运动,下述说法正确的是
( )
A.振子通过平衡位置时,加速度最小
B.振子在最大位移处时,速度最大
C.振子在连续两次通过同一位置时,速度相同
D.振子连续两次通过同一位置时,动能相同
解析:振子经过平衡位置时加速度为零,故选项A正确;振子在最大位移处时速度最小,故选项B错误;振子连续两次通过同一位置时,速度大小相同,方向相反,故选项C错误;动能是标量,振子经过同一位置时速度的大小相同,则动能相同,故选项D正确。
答案:A
D
拓展提高
3、一简谐运动的图像如图所示,在0.1~0.15
s这段时间内( )
A.加速度增大,速度变小,加速度和速度方向相同
B.加速度增大,速度变小,加速度和速度方向相反
C.加速度减小,速度变大,加速度和速度方向相同
D.加速度减小,速度变大,加速度和速度方向相反
解析:由题图可知,在0.1~0.15
s这段时间内,位移为负且增大,表明物体远离平衡位置运动,则加速度增大,速度减小,加速度与速度方向相反,故选项B正确。
答案:B
课堂总结
简谐运动
弹簧振子
位移-时间图像
理想化模型
平衡位置
速度、位移、加速度
正弦曲线
机械振动
板书设计
简谐运动
弹簧振子
位移-时间图像
理想化模型
平衡位置
速度、位移、加速度
正弦曲线
机械振动
作业布置
课后练习和同步练习
谢谢
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