2.3简谐运动的回复力和能量 教学设计-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

2.3 简谐运动的回复力和能量 教学设计 备课人 田鑫荟 学科 物理 课题 2.3 简谐运动的回复力和能量 教学内容分析 在前两节从运动学角度定义和描述简谐运动的基础上，本节从动力学角度认识物体做简谐运动的原因，并再次定义简谐运动，分析简谐运动中的能量及其变化特点。教材再次以弹簧振子为例，分析回复力F和位移x的关系，从而帮助学生理解最基本、最简单的机械振动——简谐运动的受力特点。 学情分析 学生对于运动学的角度分析简谐运动已经比较熟悉，学生对弹簧的弹力比较熟悉，对弹簧振子的受力容易接受，对回复力是运动方向的合力也易理解，但对平衡位置合力不为零的简谐运动较陌生，在本节课不提及此类问题，等讲解单摆时再做详细解释。对能量的转换较易理解，对能量随时间的变化规律易模糊，可用图像讲解，形象准确。新课程改革打破了以前的应试教育模式，教育教学过程中师生地位平等，充分贯彻以学生为本，坚持学生的主体地位，教师的主导地位。本节课是一节科学探究课，呈现在学生面前的是现象，是问题，积极引导学生探究。 素养目标 1. 通过分析，认识简谐运动中位移、速度、回复力和加速度的变化规律及相互联系；理解理解各参数之间的逻辑关系，巩固运动和相互作用关系的物理观念。 2. 通过分析弹簧振子的受力特点，理解回复力的概念，掌握建立物理模型解决实际问题的方法 3. 通过对弹簧振子的运动和能量的分析，能定性地说明弹簧振子系统的机械能守恒，形成能量观和运动观。 教学重难点 教学重点：理解回复力的概念及简谐运动的能量特点。 教学难点：理解简谐振动产生的原因。回复力与位移方向之间的关系。 教学方法 “循环递进式探究”教学法：设置问题串，通过分组实验开展教学。以问题导入，任务驱动，问题嵌入，促进深度学习，实现教学进阶。 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 新课导入 学生思考简谐运动的受力特点 通过表格，建立知识体系，了解不同运动形式的受力特点。 新课教学 一、简谐运动的回复力 二、简谐运动的能量 三、当堂检测 一、简谐运动的回复力 【任务一 】：分析模型小球从 Q→P 运动过程的受力特征 何运动规律。 【任务二】：总结回复力的概念、效果、方向。 【师生归纳总结】 1.定义:使振子回到平衡位置的力，由于力F的方向总是与位移X的方向相反，即总是指向平衡位置。作用总是要把物体拉回到平衡位置。所以称为回复力。 2.来源：回复力可以是弹力,也可以是其它力(包括摩擦力);可以是某一个力，或几个力的合力,或者某个力的分力. 3.大小: F=-kx “-” 表示回复力方向始终与位移方向相反. 4.方向: 总是指向平衡位置. 5、回复力和加速度的大小及图像 6.简谐运动的定义的另一种表述 如果质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置,质点的运动就是简谐运动。 即回复力满足 F= -kx的运动就是简谐运动。 【任务3】 （1）你能想到几种办法证明竖直方向振动的弹簧振子所做的振动是简谐运动？ （2）你认为以下五种情况，它们做振动的回复力由哪些力提供？ 【任务四】： （1）你能想到几种办法证明竖直方向振动的弹簧振子所做的振动是简谐运动？ 判断物体是否做简谐运动的方法： ①根据x-t振动图像去判断; ②根据回复力的规律F=-kx去判断. （2） 如果让你采用第二种办法，你可以弹簧振子所做的振动是简谐运动吗？ 证明步骤： ①找平衡位置 ②找回复力 ③找F=kx ④找方向关系 2、 简谐运动的能量 1.简谐运动中各个物理量的变化规律 方向判断：观察x方向，F与x反向，a与F同向，v在某点会出现往返两个方向。 2.物体在做简谐运动时的Ek-t和Ep-t及E-t图象 3.简谐运动的三大特征 （1）．瞬时性:a、F、x具有瞬时对应性 （2）．对称性: ①关于平衡位置对称的两点，a(F回)大小相等，v大小相等，EK相等，EP相等； ②运动时间对称。 （3）．周期性: ①若t2－t1＝nT，则t1、t2两时刻振动物体在同一位置，运动情况完全相同。 ②若t2－t1＝nT＋T/2，则t1、t2两时刻描述运动的物理量(x、F、a、v)大小均相等、方向相反(或均为零)。 【当堂检测】 例3 粗细均匀的一根木筷，下端绕几圈铁丝，竖直浮在较大的装有水的杯中（图3）。把木筷往上提起一段距离后放手，木筷就在水中上下振动。判断木筷的振动是否是简谐振动。图3 图4 例4 如图4所示，弹簧振子B上放一个物块A，在A与B一起做简谐运动的过程中，下列关于A受力的说法中正确的是（ ） A．物块A受重力、支持力及B对它施加的大小和方向都随时间变化的摩擦力 B．物块A受重力、支持力及弹簧对它施加的大小和方向都随时间变化的弹力 C