简谐运动教学设计.doc

“简谐运动”
-----教学设计

学 校：户县电厂中学
年级学科：高二物理
姓 名： 梁夏
日 期：2015年5月13日“简谐运动”教学设计
【教材依据】人教版普通高中课程标准实验教科书物理选修3-4第十一章第一节简谐运动。
一、 设计思路
1.指导思想：简谐运动是高中物理学习当中一种重要的运动形式，也是最简单胡一种机械振动的形式。在教材中，将“位移与时间的关系遵从正弦函数规律的振动”称为简谐运动，尊重了学生的认知规律，有利于对简谐运动的教学过程。那么通过实验探究，让学生认识弹簧振子的位移时间图象是一条正弦曲线，是本节课的关键。本节课的教学设计围绕该知识点在实验探究的过程中展开。学生在探究过程中通过实验，不仅能够发现弹簧振子的位移时间图象是一条正弦曲线，而且还可以有意识地发展“猜想”“设计实验”和“分析论证”的能力。与此同时，本节课使用了多种现代化技术（例如：视频播放，Flash动画展示，PPT多媒体课件，数字化信息系统软件，位移传感器，数字采集器等技术），这样既发展了学生学习兴趣并合理整合并利用现代化优质资源，又提高了教学以及学习效率。
2.教学目标
知识与技能
1）．认识弹簧振子。
2）. 利用现代化优质资源可以直观了解弹簧振子的位移－时间图象是一条正弦曲线。
3）．能从质点运动的位移－时间图象特征理解什么是简谐运动。
4）.播放Flash动画以及单摆沙漏实验，看到的位移-时间图象，通过白纸运动的位移和时间的转换，认识图象“时间坐标轴”的意义。
过程与方法
1）．根据原有认知和实验，对弹簧振子振动图象特征作出猜想。
2）．经历设计实验的过程（构建通过实验检验猜想的操作方案）。
3）．经历分析论证的过程，并分析实验误差的原因。
情感态度与价值观
1）．通过对简谐运动的图象的探究，培养学生认真、严谨、实事求是的科学态度。
2）．列举振动图象在实践中的应用并增强学生的实践意识
3、教学重点与难点
教学重点
弹簧振子的位移—时间图象是一条正弦曲线。
教学难点
检验弹簧振子位移－时间图象是正弦曲线的实验设计
二、 教学准备
计算机，数字化信息系统软件，位移传感器，数字采集器，多功能导轨，铁架台，气垫导轨，气泵，改装的弹簧振子（在气垫导轨实验的弹簧振子上加上一个竖直放置的薄铁片，在小车实验的小车前方安装一薄木板，以方便位移传感器能够保证测量的位移随时间变化的数据是准确的），小车，弹簧，皮管，直尺，制作ppt课件，制作弹簧振子的运动Flash动画（利用动画制作软件Flash MX制作弹簧振子的运动并体现振子在有摩擦时的运动情况是位移减小的和摩擦力减少时的运动情况位移逐渐趋于不变，帮助学生理解弹簧振子是理想化模型的这一思想）。视频（喷漆罐上下振动的图象）
引入
视频展示物体运动图象
弹簧振子
理想模型和Flash动画展示
对弹簧振子x－t图象的猜想
学生猜想
对x－t图象猜想的检验
整合现代化技术实验设计分析
简谐运动
定义、图象
及其应用
教学流程

三、教学过程
引入
视频展示物体（喷漆罐）上下振动时的位移图象

振动是自然界中普遍存在的一种运动形式，微风中树枝的颤动、心脏的跳动、钟摆的摆动、声带的振动……这些物体的运动都是振动。物体振动时有什么特征？
能够形成振动的条件是：
其一，阻力足够小；
其二，物体平衡位置附近做往复运动会。
把次要因素忽略，抽象出理想模型，以弹簧振子为例：
(一)、弹簧振子
1.弹簧振子概念
把一个有孔的小球装在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球穿在光滑的杆上，能够自由滑动，两者之间的摩擦可以忽略，弹簧的质量与小球相比也可以忽略，这样的系统称为弹簧振子。
条件（理想化模型）：
（1）物体看成质点（2）忽略弹簧质量（3）忽略摩擦力
小球原来静止时的位置叫平衡位置。
播放Flash动画，让学生可以清晰的看到弹簧振子的振动过程，体现阵子在有摩擦时的运动情况是位移减小的和摩擦力减少时的运动情况位移逐渐趋于不变，帮助学生理解弹簧振子是理想化模型的这一思想和平衡位置这一物理概念。
2.建立研究振子运动的一维坐标系
小球的平衡位置为坐标原点O，沿着它的振动方向建立坐标轴，小球在平衡位置的右边时它对平衡位置的位移为正，在左边时为负。
今后研究振动时所说的位移，都是相对于平衡位置的位移。
(二)、对弹簧振子位移—时间图象的探究
1．对弹簧振子位移—时间图象的猜想
观察弹簧振子运动，猜想弹簧振子位移—时间图象为正弦曲线。
2．对弹簧振子位移—时间图象猜想的实验设计
（1）实验设计
我们使用电脑软件来做一下实际中的弹簧振动的位移时间图象。
实验一：
在小车振动的同时，使用位移传感器和数字采集器将实验数据采集并利用电脑绘制图象。

师生互动：
师：我们发现振动图象的振幅随时间的变化是慢慢减小的，造成这样的原因是什么呢？
（生：因为小车和导轨间存在摩擦阻力）
师：那是不是就说明我们之前所猜想的弹簧振子位移—时间图象为正弦曲线是错误的呢？
（生：不是，弹簧振子是理想化模型，它需满足条件
（1）物体看成质点（2）忽略弹簧质量（3）忽略摩擦力）
师：那我们尽可能减小导轨间的摩擦阻力，来看一下物体的运动的图象。
实验二：
利用气泵在物体与导轨之间形成空气薄层，将物体与导轨隔离达到减小摩擦的目的。在物体振动的同时，使用位移传感器和数字采集器将实验数据采集并利用电脑绘制图象。

绘制图象并将其进行正弦曲线拟合
发现实际的振动是阻尼振动，完全无阻力的振动是不可能的。（进一步理解弹簧振子是一个理想化模型）
结论：
弹簧振子的位移－时间图象是正弦曲线。
上述猜想得到检验。
(三)、简谐运动
1.简谐运动的定义
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，这样的振动叫简谐运动。
2.如何判断一个振动是否是简谐运动
（1）绘制物体的位移—时间图象
①实验绘制振动图象的方法和意义
演示：视频以及Flash动画展示图象是正弦曲线的运动是简谐运动

如果在纸上绘制直角坐标系，用刻度尺测量横坐标轴上有关点的坐标值，标注在纸上。其横坐标轴表示白纸拖动的距离，上面标明了具体的数值。若已知电机拖动白纸的速度是10cm/s，现把图象的横坐标轴改为时间轴，使其成为重锤振动的位移－时间图象，把图中的长度标度改为时间标度。
（可理解实验图象横坐标轴的意义）
②实验绘制振动图象在生产生活中的应用
●心电图仪绘心电图，间隔均匀表示心跳有规律，不均匀则是心律不齐了。
●地震仪绘地震图线，用匀速圆周运动的弧长计时。
（2）对振动图线是否是正弦曲线的判断
师生共同交流，讨论：如何判断某x—t图象是不是是正弦曲线？
●将电脑作出的图象用一标准正弦曲线进行拟合，标准的正弦曲线在经过振幅和周期的变形后，看能否与实验图象重合。如能重合，则是正弦曲线，否则不是，本实验采用方法就是电脑拟合。
●根据实验图象中的周期T和振幅A，作出x =A sint 图象，与x—t图象作比较。
(四)、板书设计
简谐运动
一、弹簧振子
1.弹簧振子概念
条件（理想化模型）：
（1）物体看成质点（2）忽略弹簧质量（3）忽略摩擦力
小球原来静止时的位置叫平衡位置。
2.建立研究振子运动的一维坐标系
二、对弹簧振子位移—时间图象的探究
结论：
弹簧振子的位移－时间图象是正弦曲线。
三、简谐运动
1.简谐运动的定义
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，这样的振动叫简谐运动。
2.如何判断一个振动是否是简谐运动
作业:
1课后问题与练习
2根据弹簧振子的运动实验，研究弹簧振子的速度和位移随时间变化的规律。
小结
弹簧振子质点振动的位移与时间关系遵循正弦规律，即它的振动图象是一条正弦曲线，有这种特征的振动叫简谐运动。
四、教学反思
这一教学设计对数学要求较低，主要是面对普通高中的学生，这些学生的数学能力偏低，学生很难从数学知识上的正弦曲线和单位圆来得到或猜想到弹簧振子的位移时间图象是正弦曲线这一结论，故而本节课整合了现代化先进技术，可以让学生更加直观且准确的了解到弹簧振子的振动图象是正弦曲线。并且，从平常的实验中所得到振动图象，要证明其为正弦曲线是比较困难的，而使用计算机可以直接使用正弦曲线拟合技术，快捷，方便，直观。既引起了学生的学习兴趣又提高了教学效果。
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人教版 物理 选修3-4 简谐运动 第9页 共9页