人教版選修3-4 物理11.3 簡諧運(yùn)動的回復(fù)力和能量 教學(xué)設(shè)計(jì)1

1、教學(xué)設(shè)計(jì)第十一章第三節(jié)簡諧運(yùn)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34第十一章機(jī)械振動第五節(jié)簡諧運(yùn)動的回復(fù)力和能量。前兩節(jié)研究的是做簡諧運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動特點(diǎn),不涉及它所受的力以及能量轉(zhuǎn)換的情況,是從運(yùn)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(xí)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)是使學(xué)生掌握簡諧運(yùn)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

2、動形成的原因，一是回復(fù)力的特點(diǎn)（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(jìn)行分析?！緦W(xué)情分析】學(xué)生對于運(yùn)動學(xué)的角度分析簡諧運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(xì)解釋。對能量的轉(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(zhǔn)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(jiān)持學(xué)生的主體地位，教師的主

3、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?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1.知識與技能：（1）理解簡諧運(yùn)動的運(yùn)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(yùn)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）知道在什么情況下可以把實(shí)際發(fā)生的振動看作簡諧運(yùn)動。2.過程與方法：（1）通過對彈簧振子所做簡諧運(yùn)動的分析，得到有關(guān)簡諧運(yùn)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(jià)值觀：（1）簡諧運(yùn)動過程

4、中能量的相互轉(zhuǎn)化情況，對學(xué)生進(jìn)行物質(zhì)世界遵循對立統(tǒng)一規(guī)律觀點(diǎn)的滲透。（2）、振動有多種不同類型說明各種運(yùn)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(yùn)動時的回復(fù)力和慣性之間關(guān)系的教學(xué)，使學(xué)生認(rèn)識到回復(fù)力和慣性是.矛盾的兩個對立面，正是這一對立面能夠使物體做簡諧運(yùn)動?！局攸c(diǎn)重點(diǎn)】（1）、簡諧運(yùn)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(yùn)動中能量轉(zhuǎn)化和守恒的具體分析?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】（1）物體做簡諧運(yùn)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(yùn)動中能量的轉(zhuǎn)化?！驹O(shè)計(jì)思想】本節(jié)課緊緊圍繞如何落實(shí)新課程理念，充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動性,對簡諧運(yùn)動進(jìn)行深

5、入研究。本節(jié)課從力、運(yùn)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(yùn)動知識引入力的概念。從細(xì)節(jié)上來看，通過不同簡諧運(yùn)動模型創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生探究興趣；運(yùn)用直觀形象的數(shù)據(jù)、圖表，讓學(xué)生輕松突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)；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(yùn)動概念的理解，又讓學(xué)生認(rèn)識到物理學(xué)在生活、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的作用?！窘虒W(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(xí)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(diǎn)，突破難點(diǎn)典型例題分析課堂反饋課后測評【教學(xué)過程設(shè)計(jì)】教學(xué)流程教師活動學(xué)生活動設(shè)計(jì)意圖新課前面兩節(jié)課我們從運(yùn)動學(xué)的角度研究了簡諧運(yùn)動的規(guī)學(xué)生回憶以前

6、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(dāng)中，我們知道不同的運(yùn)動受的力也是不同的。例如：物體靜止或勻速直線運(yùn)動，所受合力為零；物體勻變速直線運(yùn)動，所受合力為大小和方向都不變的恒力；物體勻速圓周運(yùn)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(yùn)動時，所受合力有何特點(diǎn)呢？這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)簡諧運(yùn)動的動力學(xué)特征。知識回答不同運(yùn)動所受的里有什么特點(diǎn)知道不同的運(yùn)動所受力的特點(diǎn)是不同的，從而提到簡諧運(yùn)動也是一種運(yùn)動，新課學(xué)習(xí)（視（板書）一、簡諧運(yùn)動的回復(fù)力當(dāng)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AOB之間振動。為什么會振動？”教師提出問題：彈簧振子為什么

7、振動？設(shè)計(jì)問題讓學(xué)生一步本課分析：物體做機(jī)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(yùn)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(diǎn)的力？學(xué)生：教師的思路走，使學(xué)生了解回復(fù)3、特點(diǎn)：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(yùn)動中的向心力）指向平衡位置的力的特力點(diǎn)，得學(xué)生：找學(xué)生敘述到回復(fù)教師指正，得到原因。力的定義。學(xué)生有可能得到：得到回回復(fù)力的表達(dá)復(fù)力的學(xué)習(xí)活動一：正確理解回復(fù)力4、來源：振動方向的合力可以是

8、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(dāng)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(jìn)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(biāo)x來表示，方向始終從平衡位置指向振子（外側(cè)）?；貜?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

9、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)力大小在改變，所以加速度大小學(xué)習(xí)活動二：理論分析：判斷振動是否為簡諧運(yùn)動5、簡諧運(yùn)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(fù)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(yùn)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(qiáng)學(xué)生對簡諧運(yùn)動動力學(xué)特征的掌握與前面的簡諧運(yùn)動的位移-時間圖像聯(lián)系，兩種判斷物體是

10、否做簡諧運(yùn)動的條件鍛煉學(xué)生分析的能力對圖像的規(guī)律進(jìn)行總結(jié)大量理論研究表明：如果質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)的運(yùn)動就是簡諧運(yùn)動。做簡諧運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)，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(yùn)動的動力學(xué)特征。這也是判斷物體是否做簡諧運(yùn)動的方法回憶前面學(xué)的判斷物體是否做簡諧運(yùn)動的方法？課件展示：判斷物體是否做簡諧運(yùn)動的條件：x-t圖像為正弦曲線F-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(yùn)動？提醒：先找平衡位置。因?yàn)閤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(diǎn)受到的彈力為:振子受的回復(fù)

11、力與位移關(guān)系回復(fù)力與位移的關(guān)系符合簡諧運(yùn)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(diǎn)受到的合力重力和彈力的合力所以說：回復(fù)力不一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(yùn)動學(xué)習(xí)活動三：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：數(shù)據(jù)處理通過實(shí)驗(yàn)分析簡回復(fù)力方向諧運(yùn)動回復(fù)力與位移關(guān)系，最后將數(shù)據(jù)通過描點(diǎn)法做出回復(fù)力與位移的函數(shù)關(guān)系學(xué)生描點(diǎn)作圖，得到F-x關(guān)系三、簡諧運(yùn)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、a、v、Ek、Ep、E的變化情況）觀察振子從AOBOA的一個循環(huán)，這一循環(huán)可分為四個階段：AO、OB、BO

12、、OA，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CO的變化情況分步討論彈簧振子在從CO運(yùn)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。從C到O運(yùn)動中，位移的方向如何?大小如何變化?由C到O運(yùn)動過程中，位移方向由OC，隨著振子不斷地向O靠近，位移越來越小。從C到O運(yùn)動過程中，小球所受的回復(fù)力有什么特點(diǎn)?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CO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。從C到O運(yùn)動過程中，振子的加速度方向如何?大小如何變?據(jù)

13、牛頓第二定律得，小球從C到O運(yùn)動過程中，加速度變小，方向指向平衡位置。從CO過程中，速度方向如何?大小如何變化?因?yàn)槲矬w的速度方向與運(yùn)動方向一致，從C到O運(yùn)動過程中，速度方向是從CO。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。從CO過程中，動能大小如何變化?動能是標(biāo)量，從CO，大小變化是越來越大。從CO過程中，勢能大小如何變化?勢能是標(biāo)量，從CO，大小變化是越來越小。從CO過程中，總能量大小如何變化?（讓學(xué)生討論分析振子從OB，從BO，從OA的運(yùn)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(yùn)動COOBBOOC對O點(diǎn)位移的方向怎

14、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)生填表回答問題總結(jié)：當(dāng)物體向著平衡位置運(yùn)動時，a、v同向，振子做變加速運(yùn)動，此時xFaEpvEk當(dāng)物體遠(yuǎn)離平衡位置運(yùn)動時，a、v反向，振子做變減速運(yùn)動，此時xFaEp

15、vEk知識鏈接:簡諧運(yùn)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(yùn)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(xì)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(diǎn)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(jī)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(jī)械能增加一些。如此循環(huán)往復(fù),總機(jī)械能越積越多,秋千就擺得越來越高了。不信你

16、可以試試看!課堂本節(jié)課學(xué)習(xí)了簡諧運(yùn)動的動力學(xué)特征和簡諧運(yùn)動的能教師畫動能、勢能隨時間變化圖像，體現(xiàn)其周期性。從運(yùn)動學(xué)、力學(xué)、使學(xué)生小結(jié)量。簡諧運(yùn)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(yùn)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(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)，回復(fù)力總滿足F=-kx的形式。式中k是比例常數(shù)。簡諧運(yùn)動的運(yùn)動學(xué)特征F=-kx/m簡諧運(yùn)動系統(tǒng)的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒。板書11.3簡諧運(yùn)動的回復(fù)力和能量設(shè)計(jì)一、簡諧運(yùn)動的回復(fù)力1、定義：振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(diǎn)：效果力4、來源：振動方向的合力振子由

17、于慣性而離開平衡位置，當(dāng)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(jìn)行下去就形成了振動。二、簡諧運(yùn)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(fù)號表示回復(fù)力與位移的方向總相反。三、簡諧運(yùn)動的能量簡諧運(yùn)動系統(tǒng)的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒。類型一簡諧運(yùn)動的回復(fù)力【例1】如圖所示,彈簧振子B上放一個物塊A,在A與B一起做簡諧運(yùn)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(rèn)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

18、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(shè)點(diǎn)為平衡位置，在A、B兩點(diǎn)間做簡諧運(yùn)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=0.2s時，彈簧振子可能運(yùn)動到B位置B.在t=0.1s與t=0.3s兩個時刻，彈簧振子的速度相同C.從t=0到t=0.2s的時間內(nèi)，彈簧振子的動能持續(xù)的增加D.在t=0.2s與t=0.6s兩個時刻，彈簧振子的加速度相同類型二簡諧運(yùn)動中的能量問題【例2】如圖所示，一彈簧振子在光滑水平面的A、B點(diǎn)間做簡諧運(yùn)動，平衡位置為O，已知振子的質(zhì)量為m。(1)簡諧運(yùn)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(jī)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(yùn)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(yùn)動而一起運(yùn)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