教學(xué)設(shè)計(jì)：《機(jī)械振動(dòng)簡諧運(yùn)動(dòng)》

1、教學(xué)設(shè)計(jì)課題：機(jī)械振動(dòng) 簡諧運(yùn)動(dòng) 三維目標(biāo) 知識與技能： 1、知道什么是機(jī)械振動(dòng)。 2、認(rèn)識彈簧振子，知道其理想化的條件。、 3、知道彈簧振子的位移時(shí)間圖象描繪的方法。 4、知道簡諧運(yùn)動(dòng)的定義和圖象。 過程與方法： 1、通過觀察和分析，理解簡諧運(yùn)動(dòng)的位移時(shí)間圖象是一條正弦曲線。 2、經(jīng)歷對簡諧運(yùn)動(dòng)位移時(shí)間圖象的探究過程，加深用驗(yàn)證法和擬合法描繪振子運(yùn)動(dòng)的方法。 情感態(tài)度與價(jià)值觀： 1、通過用筆振動(dòng)來模擬彈簧振子的位移時(shí)間圖象，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和合作能力。 2、通過頻閃照相法和DIS實(shí)驗(yàn)處理問題，體會(huì)現(xiàn)代化、信息化的實(shí)驗(yàn)在物理課堂中的作用。 重點(diǎn) 形成簡諧運(yùn)動(dòng)的概念和認(rèn)識它的位移時(shí)間函數(shù)圖象 難

2、點(diǎn) 簡諧運(yùn)動(dòng)位移時(shí)間函數(shù)關(guān)系的建立 課時(shí)安排 1課時(shí) 教學(xué)準(zhǔn)備 DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、位移傳感器、教學(xué)課件、多媒體設(shè)備、擺鐘模型、音叉（兩個(gè)）、彈簧片、氣墊導(dǎo)軌、鐵架臺、白紙等。 教學(xué)方式 闡述、實(shí)驗(yàn)演示、圖片展示、做一做、DIS實(shí)驗(yàn)、思考與討論、問題與練習(xí)等。 教材分析和教學(xué)安排 本節(jié)課首先通過身邊和實(shí)際的例子引出振動(dòng)的概念；而后按從簡單到復(fù)雜、從特殊到一般的思路，從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度認(rèn)識彈簧振子，通過演示和學(xué)生動(dòng)手做得出彈簧振子的圖象，猜測圖象滿足什么數(shù)學(xué)關(guān)系，再通過DIS采集和分析數(shù)據(jù)，得到彈簧振子的位移時(shí)間圖象是一條正弦曲線，從而得到簡諧運(yùn)動(dòng)的定義，最后回歸生活和應(yīng)用舉例，使學(xué)生進(jìn)一步理解彈簧振子

3、的位移時(shí)間圖象。 教學(xué)過程導(dǎo)入過程 實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入 演示實(shí)驗(yàn)：鐘擺模型的擺動(dòng)，彈簧片的振動(dòng)、敲擊音叉使之發(fā)聲 投影：玩具木馬的擺動(dòng)、小鳥飛離枝頭 提問：這些運(yùn)動(dòng)有什么共同點(diǎn)？ 設(shè)計(jì)思想：讓學(xué)生仔細(xì)觀察這些物體的運(yùn)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生分析物體在某位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，找到機(jī)械振動(dòng)的特點(diǎn)，有利于概念的引出。學(xué)生通過有引導(dǎo)、有目的的觀察，可以自主歸納出振動(dòng)的基本特征，掌握機(jī)械振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式的特點(diǎn)。 新課教學(xué)： 一、機(jī)械振動(dòng) 1、定義：物體（或物體的一部分）在某一中心位置兩側(cè)所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，就叫做機(jī)械振動(dòng)（振動(dòng)） 2、基本特征：“空間運(yùn)動(dòng)”的往復(fù)性 “時(shí)間”上的周期性 二、簡諧運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)入彈簧振子過程（演示）氣墊導(dǎo)軌

4、上滑塊的運(yùn)動(dòng) 設(shè)計(jì)思想：學(xué)生觀察到滑塊一段時(shí)間后會(huì)停止下來，再假設(shè)沒有摩擦力，滑塊會(huì)怎么運(yùn)動(dòng)，從實(shí)際的運(yùn)動(dòng)到模型理想化，得到彈簧振子的理想化條件。 1. 彈簧振子： 2. 定義：小球和彈簧所組成的系統(tǒng)。 理想化條件： 小球看成質(zhì)點(diǎn) 忽略彈簧質(zhì)量 忽略摩擦力 平衡位置：小球原來靜止時(shí)的位置 （演示）水平彈簧振子和豎直彈簧振子的運(yùn)動(dòng) 設(shè)計(jì)思想：通過實(shí)際的例子加深對彈簧振子模型的感性認(rèn)識。2、彈簧振子的位移時(shí)間圖象 位移x: 振動(dòng)物體的位移x用從平衡位置指向物體所在位置的有向線段表示。在平衡位置的右邊時(shí)位移為正，在平衡位置的左邊時(shí)位移為負(fù)。如圖一所示，是振子在A、B位置的位移xA和xB 。獲得彈簧振

5、子的位移時(shí)間圖象的方法： （1） 頻閃照相法 如圖二是彈簧振子的頻閃照片，頻閃儀每隔0.05s閃光一次，閃光的瞬間振子被照亮，拍攝時(shí)底片從下向上勻速運(yùn)動(dòng)，因此在底片上留下了小球和彈簧的一系列的像，相鄰兩個(gè)像之間相隔0.05s。 思考與討論： 為什么底片要?jiǎng)蛩龠\(yùn)動(dòng)？ 能否從照片上找出小球在某時(shí)刻所出的位置？ 設(shè)計(jì)思想：通過問題的思考，學(xué)生可以理解可以用相同的位移表示相同的時(shí)間，把不易直接表示的時(shí)間用位移直觀的表現(xiàn)出來。通過問題的思考可以加強(qiáng)對位移時(shí)間圖象的理解，找到圖象上每個(gè)時(shí)刻對應(yīng)小球所處的位置和運(yùn)動(dòng)的方向。 （2）記錄法 （演示）在水平彈簧振子的下面安裝一只繪圖筆，讓一條紙帶在與小球振動(dòng)方向

6、垂直的方向上勻速移動(dòng)，筆在紙帶上畫出的就是小球的振動(dòng)圖象。 （學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)）兩人合作，模擬振動(dòng)曲線的記錄裝置。一人用鉛筆在白紙上振動(dòng)，另一人勻速拖動(dòng)白紙。 設(shè)計(jì)思想：通過對頻閃照相法的理解，學(xué)生很快想到應(yīng)該勻速拉動(dòng)白紙，類似照相底片，并能理解怎樣在拉動(dòng)方向上表示時(shí)間的坐標(biāo)刻度。能夠使學(xué)生把理論知識應(yīng)用到實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中。通過親手繪制，對位移時(shí)間圖象有直觀的視覺沖擊，會(huì)記憶更深。 （舉例）記錄法在生活中的應(yīng)用：心電圖儀、繪制地震曲線等。 3、簡諧運(yùn)動(dòng)及其圖象 設(shè)計(jì)思想：從頻閃照片和繪制的位移時(shí)間圖象猜測滿足哪種數(shù)學(xué)關(guān)系（學(xué)生立刻看出是正弦函數(shù)圖象），再順著學(xué)生猜測的結(jié)果介紹驗(yàn)證結(jié)論的方法?？梢耘囵B(yǎng)學(xué)

7、生從假設(shè)到驗(yàn)證解決問題的方法，增加他們的成就感。 驗(yàn)證猜想的方法確定彈簧振子的位移與時(shí)間的關(guān)系： 方法一 驗(yàn)證法：假定此曲線是正弦曲線，用刻度尺測量它的振幅和周期，寫出對應(yīng)的正弦函數(shù)的表達(dá)式。再選中小球的若干個(gè)位置，量出橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，代入函數(shù)表達(dá)式中進(jìn)行檢驗(yàn)，看一看這條曲線是否真的是正弦曲線。 方法二 擬合法：測量小球在各個(gè)位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，把測量值輸入計(jì)算機(jī)中，用數(shù)學(xué)軟件( 如幾何畫板)作出這條曲線，看一看彈簧振子的位移時(shí)間圖象可以用什么函數(shù)表示。 方法三 用傳感器和計(jì)算機(jī)描繪（介紹位移傳感器測量位移的原理） （演示實(shí)驗(yàn)） 步驟： 將位移傳感器（發(fā)射）用橡皮筋固定在滑塊上，使位移傳感器

8、（接收）與之正對； 打開DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，接通氣墊導(dǎo)軌，將滑塊放在氣墊導(dǎo)軌上，并使之靜止，再調(diào)零（采集的位移則相對于平衡位置）； 采集滑塊約三個(gè)來回的數(shù)據(jù)，關(guān)閉氣墊導(dǎo)軌，以時(shí)間為橫軸，位移為縱軸，繪制出位移時(shí)間圖象； 對圖象進(jìn)行正弦擬合，得到擬合后的位移時(shí)間圖象（如圖三）。 設(shè)計(jì)思想：通過對確定彈簧振子的位移與時(shí)間的關(guān)系方法的逐一介紹，三種方法依次越來越簡單、方便，學(xué)生能夠體會(huì)現(xiàn)代化、信息化的實(shí)驗(yàn)在課堂中使我們處理問題更加快捷、準(zhǔn)確、方便，感受到科學(xué)的方法在研究中的作用。 結(jié)論： 彈簧振子的位移時(shí)間圖象是一條正弦曲線.4、簡諧運(yùn)動(dòng)的定義：如果質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律，即它的振動(dòng)圖

9、象是一條正弦曲線，這樣的振動(dòng)叫做簡諧運(yùn)動(dòng)。 簡諧運(yùn)動(dòng)是最簡單、最基本的振動(dòng)。 （舉例）簡諧運(yùn)動(dòng)的實(shí)例：音叉的振動(dòng)、擺鐘擺錘的振動(dòng)等。 思考與討論： 簡諧運(yùn)動(dòng)的圖象就是物體的運(yùn)動(dòng)軌跡嗎？ 由簡諧運(yùn)動(dòng)的圖象判斷簡諧運(yùn)動(dòng)屬于下列哪一種運(yùn)動(dòng)？ A、勻變速運(yùn)動(dòng) B、勻速直線運(yùn)動(dòng) C、變加速運(yùn)動(dòng) D、勻加速直線運(yùn)動(dòng) （DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)）對前面所得到的正弦曲線進(jìn)行求導(dǎo)，得到的圖象即為簡諧運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)間圖象（如圖四）。 引導(dǎo)學(xué)生觀察圖象：求導(dǎo)后的速度時(shí)間圖象為余弦曲線（相對位移時(shí)間圖象），振子在平衡位置處位移為零而速度最大，在最大位移處速度為零，通過速度時(shí)間圖象的斜率可以看出加速度的變化。 設(shè)計(jì)思想：通過問題的

10、思考，學(xué)生可以認(rèn)識到位移時(shí)間圖象和振子運(yùn)動(dòng)的區(qū)別，避免以后混淆。通過問題的思考可以使學(xué)生從圖象斜率來分析振子的速度變化，得到簡諧運(yùn)動(dòng)為變加速運(yùn)動(dòng)。學(xué)生數(shù)學(xué)已經(jīng)學(xué)過三角函數(shù)和求導(dǎo)的知識，很容易接受此物理圖象的數(shù)學(xué)化處理，再次體會(huì)到DIS實(shí)驗(yàn)在物理課堂中處理問題的方便。練習(xí)：某一彈簧振子的振動(dòng)圖象如圖所示，則由圖象中的信息，回答下列問題： 1、振子偏離平衡位置的最大距離為多大？ 2、在1s、1.5s、2s和2.5s這四個(gè)時(shí)刻， 振子的位置在哪里？ 3、在0.5s、1.5s、2.5s和3.5s這 四個(gè)時(shí)刻， 振子向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)？ 4、振子在2s末的位移是多少？ 5、振子在2s內(nèi)走過的路程是多少？ 設(shè)

11、計(jì)思想：通過定量的計(jì)算加深理解圖象的意義，同時(shí)也為下一節(jié)的振幅、周期等概念做準(zhǔn)備。 小結(jié)一、機(jī)械振動(dòng)： 1.定義：物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 2.基本特征：對稱性；周期。 二、簡諧運(yùn)動(dòng) ： （1）彈簧振子模型：1.小球看成質(zhì)點(diǎn)；2.忽略彈簧質(zhì)量；3.忽略摩擦力。 （2）彈簧振子的位移時(shí)間圖象是一條正弦曲線。 （3）簡諧運(yùn)動(dòng)： 1、定義：質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律的振動(dòng)。 2、圖象：是一條正弦曲線.布置作業(yè) 問題與練習(xí)3、4題 教學(xué)反思：本節(jié)為機(jī)械振動(dòng)的第一節(jié)，學(xué)生在學(xué)習(xí)之前沒有相關(guān)的知識儲備，所以第一節(jié)課以實(shí)驗(yàn)及得到分析彈簧振子位移時(shí)間圖象為主，沒有對相關(guān)的物理量做更深入的