2.3简谐运动的回复力和能量 教学设计-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

简谐运动的回复力和能量 新课程标准及解读 1.课程标准：通过实验，认识简谐运动的特征。能用公式和图像描述简谐运动。 2.课程标准以及教材解读： 通过前两节内容，学生基本认识到当物体的位移时间图像满足正弦或者余弦变化时，物体的运动为简谐运动，此外通过简谐运动的位移时间图像能够初步得到物体运动过程中位 移、速度、势能和动能的变化情况。 本节内容的重点是掌握回复力的概念、特点、表达式以及简谐运动过程中各物理量的变化和能量的变化规律；难点是利用简谐运动的动力学特征来证明物体的运动是否为简谐运动。对于简谐运动的能量，只要学生能够建立起简谐运动的基本模型，各个物理量的变化以及能 量变化基本可以掌握。 学习目标 【知识目标】 1.了解回复力，知道回复力的特点及其表达式。 2.能够利用动力学方法证明物体是否为简谐运动。 3.能分析简谐运动过程中速度、加速度、回复力、动能和势能的转化规律以及相互联系。 【素养目标】 让学生在知识生成和解决实际问题过程中形成相应的物理观念和物理学科的科学思维。 【德育目标】 让学生在问题情境和小组探究过程中，培养学生的合作能力、表达能力和思维能力，从而落实立德树人的德育目标。 重点难点 1.教学重点 掌握回复力的概念、特点、表达式以及简谐运动过程中各物理量的变化和能量的变化规律。 2.教学难点 利用简谐运动的动力学特征来证明物体的运动是否为简谐运动。 资源准备 多媒体，演示实验，导学案。 学法应用 情境学习法、独立思考和小组合作探究学习。 教法应用 创设情境和问题引导。 教学过程 课前准备 教师活动：对预习情况和必备知识设问，并做出导学案，提前发给学生； 学生活动：阅读教材完成导学案； 设计意图：培养学生课前预自主学习惯。 预习检查 教师活动：检查学生预习情况。 学生活动：课前做好预习，完成相关问题。 设计意图：一是检查学生必备知识掌握情况，二是考查学生对新知识的预习情况。 导入新课 我们知道将水平放置的弹簧振子拉开一段距离后静止释放小球将做简谐运动。那如果将弹簧振子竖直放置，然后向下拉开一段距离后静止释放，小球是否做简谐运动呢？以及将一个木块放置于水中，然后将其向下按一段距离后静止释放，物体将会上下浮动，这种运动是 否是简谐运动呢？ 教师活动：创设问题情境和找学生完成问题情境的演示实验。 学生活动：在教师的引导下完成问题情境的演示实验，其余学生思考问题情境中的问题。 设计意图：通过创设问题情境以及教师问题引导引发学生对本节内容展开思考，激发学 生的求知欲。 教学内容一：简谐运动的回复力 1.简谐运动的受力特点 当我们把水平放置的弹簧振子的小球拉离平衡位置释放后，小球就会在平衡位置附近做 简谐运动。物体的受力情况决定物体的运动性质。那么小球的受力要满足什么特点才会做简 谐运动呢? 思考与讨论：请画出做简谐运动的小球在下列图中位置时的受力方向与位移的方向.然后 据此思考做简谐运动物体的受力有何特点？ 教师活动：通过合理的问题设置，引导学生对相关问题进行思考。 学生活动：积极思考并回答老师提出的问题。 设计意图：从学生的基础必备知识出发，教师通过适当的问题引导得到弹簧振子物体所 受力与位移的关系。 2.简谐运动的回复力 通过教师引导，学生得到简谐运动物体受力的特点。进而引出简谐运动回复力的定义、 方向以及表达式。 教师活动：设置问题和引导学生进行思考和回答 学生活动：积极思考和回答相应的问题，形成相应的物理观念 设计意图：从学生理解问题的角度出发，通过恰当的问题设置，比较自然地得到简谐运 动回复力的概念、方向及其表达式. 3.判断物体做简谐运动的方法 教师引导学生结合简谐运动的定义以及简谐运动的回复力，引导学生思考判断物体做简 谐运动的方法 教师活动：通过问题设置引导学生对相关问题进行思考和回答 学生活动：结合简谐运动的定义及其回复力对相关问题进行思考并回答 设计意图：考查学生对简谐运动概念以及简谐运动回复力的掌握情况 4.课堂练习1 【典例1】如图所示，当下列物体分别做简谐运动时，尝试分析是哪些力总想把物体拉回平 衡位置？是什么力充当向心力？ 教师活动：通过问题，引导学生思考物体做简谐运动时回复力的来源 学生活动：在教师的引导下对相应问题进行思考并回答 设计意图：学生通过分析实际例子，得到物体做简谐运动时的回复力来源，进而得到回 复力是一个效果力这一重要概念 4.课堂练习2 【典例2】如图所示，在劲度系数为k，原长为L0，固定于一点的弹簧下端挂一质量为m的小球，向下拉开一段距离后释放，小球做上下振动，此时弹簧没有超出弹性限度，请判断小 球的振动是否为简谐运动(阻力不计)？尝试总结利用动力学方法证明简谐运动的一般思路. 教师活动：老师为学生示范利用动力学方法证明物体是否是简谐运动的规范操作。 学生活动：尝试总结利用动力学方法证明物体做简谐运动的一般思路。 设计意图：培养学生的答题规范，学习解决问题的思维方法. 4.课堂练习3 【典例3】一个质量为m、侧面积为S的正方体木块放在水面上静止(平衡)，如图所示．现 用力向下将其压入水中一小段距离后撤掉外力，木块在水面上下振动，试判断木块的振动是 否为简谐运动．(阻力不计) 教师活动：展示问题，查看学生作答情况 学生活动：根据利用动力学方法证明物体做简谐运动的一般思路，尝试解决该问题 设计意图：考查学生对回复力以及利用动力学方法证明物体做简谐运动方法的掌握情况 教学内容二：简谐运动的能量 1.简谐运动的能量 弹簧振子中小球运动时速度会不断变化，因而它的动能会不断变化；弹簧的伸长量或压缩量也在不断变化，所以弹簧振子的弹性势能也在不断变化。那么弹簧振子在振动过程中各 个物理量以及能量的变化满足什么规律呢？ 教师活动：展示所讨论的问题，老师通过问题设置引导学生思考并完成小组合作内容。 学生活动：组内合作，完成表格，并尝试总结简谐运动过程中各物理量以及能量的变化。 设计意图：以水平弹簧振子为出发点，让学生进一步理解简谐运动过程中各物理量的变 化规律以及动能和势能的变化规律。 2.课堂练习 【典例4】某物体做简谐运动的图像如图所示，在0→0.5s范围内回答下列问题。 （1）哪些时刻物体的回复力与0.4s时的回复力相同？ （2）哪些时刻物体的速度与0.1s时的速度相同？ （3）哪些时刻的动能与0.3s时的动能相同？ （4）哪段时间的加速度在减小？ （5）哪段时间的弹性势能在增大？ 教师活动：引导学生用所学知识解决问题 学生活动：思考会回答相关问题。 设计意图：通过该问题加深对简谐运动过程中各物理量以及动能和势能变化规律的认识. 板书设计 2.3简谐运动的回复力和能量 一、简谐运动的回复力 1.简谐运动回复力的定义： 2.简谐运动回复力的方向： 3.简谐运动回复力的表达式 4.利用动力学方法证明简谐运动的一般思路： 二、简谐运动的能量 1.两个特殊位置： 2.两个过程： 3.机械能情况： 作业布置 学科网（北京）股份有限公司 $$