2.1 简谐运动 教学设计 -2025-2026学年高一下学期物理粤教版选择性必修第一册

《简谐运动》教学设计

【课题】简谐运动

【教学时间】40分钟

【教学对象】高一（下）

【教材】高中物理选择性必修一第二章第一节

【教学内容分析】

1．本节在教材中的地位和作用

简谐运动是本章的重点内容，是后续学习机械波等内容的重要知识基础．教材要求学生通过实验观察认识机械振动，并通过分析掌握建构弹簧振子的理想化模型，通过观察和分析弹簧振子的运动，掌握简谐运动的受力、运动和能量特征以及其图像描述，经历观察现象、设计实验、操作实验、数据分析、合作探究的学习过程，领会物理学的科学研究方法，提高实验探究能力和对物理概念的理解能力，形成对简谐运动的初步认知和研究能力．本节是一节基础概念和规律的综合课，目的是培养学生的科学思维和科学探究能力，同时也是对前面所学的牛顿运动定律、功能关系等知识的一次运用．

2．课程标准对本节的要求

内容要求: 通过实验，认识简谐运动的特征．

教学提示: 引导学生通过研究机械振动拓展对物理世界的认识和理解，进一步发展学生运动与相互作用的观念和能量观念，使其了解物理规律具有适用范围和条件．通过实验探究和理论推导，让学生经历科学论证过程．通过创设学生感兴趣的问题情境，引导学生运用已有的概念和规律分析机械振动的现象，建构简谐运动模型，学会用守恒定律解决问题的方法．引导学生从相互作用和能量的角度认识机械振动．

学业要求：能用恰当的物理量描述简谐运动，并能解释生产生活中的有关现象．能根据现实生活中的振动特点，建构简谐运动的物理模型，能运用这些模型分析问题，通过推理得到结论，对相关现象作出解释．会用系统的思想和守恒的思想分析物理问题．能恰当使用证据说明自己的观点，质疑他人的观点．能从力、运动和能量等不同角度思考物理问题．

3．教材内容安排

教材首先通过生活中实际的例子（琴弦的抖动、心脏的跳动等）引出机械振动的概念，而后介绍弹簧振子的理想化条件，接着通过观察弹簧振子的运动过程并进行受力分析，理解简谐运动的动力学特征；通过“观察与思考”的实验描绘出弹簧振子振动时的位置—时间图

像，发现其为正弦或余弦函数，引出简谐运动的运动学特征，提出振幅、周期和频率的定义；通过填写“讨论与交流”的表格分析弹簧振子振动时的动能和弹性势能的变化特点，认识简谐运动的能量特征．

4．教材的特点

（1）重视物理概念的形成．

（2）重视实验演示和探究．

（3）关注科学推理、解决实际问题的能力．

（4）鼓励学生独立思考和提出质疑．

5．对教材的处理

简谐运动是学生在学习匀速直线运动、匀变速直线运动、抛体运动和圆周运动之后的一种新的运动类型，是通过弹簧振子这一新的理想化的物理模型展开研究的．本节课基于教材的编写思路和核心内容，从学生主体出发，遵循学生认知特点和物理学的发展规律，对教学环节进行再设计.

（1）设计了让学生观察思考并得出弹簧振子理想化条件的过程，训练学生的科学思维．

（2）将“大任务”拆分为“小环节”：将教材“讨论与交流”中的表2-1-1拆分为动力学、运动学和能量三部分，分别用于简谐运动三个特征的填表环节，利于学生自主思考并发现规律，最后实现简谐运动的规律总结．

（3）将教材中陈述性的内容改编为各个教学环节中的问题链，层层递进，训练学生发现问题、提出质疑和讨论研究的能力：如给出“回复力”这一概念之前，设置了两个问题：“①振子在振动方向上的合力方向和偏离平衡位置的位移方向有何关系? ②振子在振动方向的合力大小F和偏离平衡位置的位移大小x有何关系? ”避免了以教师提供答案代替学生的自主思考的问题．

（4）重视实验方案的设计和思想方法的渗透：设置了从一维x轴图像→二维x-y图像→二维x-t图像的改进过程，最终确定教材中“观察与思考”的弹簧振子的演示实验方案，提高学生的实验设计能力，深化对等效思想的理解．

（5）在实验结论得出前增加实验论证探究：利用“Desmos图形计算器”验证弹簧振子的x−t图像是余弦或正弦函数，使教材结论更具有说服力．

（6）通过实验观察和学生活动引出物理概念，加深学生对物理意义的理解：利用设计

“同一弹簧、同一振子，不同释放位置的”对照实验，通过学生分组记录N次全振动的时间t的实践活动，引出周期、频率和振幅的概念和意义，同时也从侧面证明振子周期与振幅无关，为设置课外拓展探究性实验做铺垫．

（7）设置了开放性的问题和课外实验探究：如设置讨论几个情景中振子的平衡位置和回复力的来源的练习，设置“探究影响弹簧振子振动周期的因素”课后拓展探究性实验．

【学情分析】

1．学生的知识基础

学生对质点的运动已经有一定的认识，并且了解匀速直线运动、匀变速直线运动、抛体运动和圆周运动等运动类型，懂得从运动、力和能量等不同角度进行分析，知道物体的受力情况决定运动情况．

2．学生的心理特点

简谐运动对于学生来说是一种全新的运动类型，难度也较大，学生在接受新知识的过程中容易产生怯新、怯难的心理情绪，对新规律的掌握也存在思路不清晰、不自信的情况．

3．学生的认知特点与困难

学生对简谐运动的概念和特征的理解和应用存在一定的困难，对简谐运动中“偏离平衡位置的位移”和之前所学的“位移”会产生认知冲突，同时简谐运动对数学要求比较高，虽然学生已经学过正弦（余弦）函数及图像，但要将数学知识和物理过程建立起联系会有一定的难度．

【教学目标】

1．物理观念

通过对生活情景和实验现象的观察、分析与归纳，加深学生对机械振动、简谐运动、弹簧振子、振幅、周期、频率等概念的认识与理解，有助于学生形成清晰的物理观念．

2．科学思维

通过在教学过程中设置问题链，引导学生发现问题、提出质疑，培养学生使用科学证据对研究的问题进行描述、解释的意识和评估科学证据的能力，培养学生的科学推理、科学论证、质疑创新的素养．

3．科学探究

通过实验观察、实验设计、改进实验、处理数据、评估结果等过程，体会研究物理学的思想与方法，提高科学探究能力．

4．科学态度与责任

通过对简谐运动相关概念的理解和实验的观察分析，培养学生观察自然、探索物理的兴趣和实践精神，引导学生认识科学的本质和对事物的证据意识，逐渐形成对科学和技术应有的正确态度和责任感．

【教学重点】

理解简谐运动的定义、受力特征、运动特征和能量特征，以及简谐运动的图像描述．

【教学难点】

理解简谐运动的受力特征、运动特征和图像描述．

【教学理念及策略】

教学的指导思想是学生为主体，遵循学生的认知规律，突出教师的引导作用，重视学生发现问题、提出质疑、设计方案、分析讨论的科学实践能力，培养学生的物理学科核心素养．

1．教学组织形式

班级实验授课和分组教学法相结合．

2．教学方法

问题驱动法、讲授法、实验操作法、小组合作探究法等.

3．学法指导

设置问题链，让学生通过讨论与交流，设计验证实验方案，改进方案，记录和处理实验数据，自主总结发现规律；最后在教师的指导下，归纳总结知识．

4．教学媒体设计

多媒体教学平台、教学一体机、平板教学等．

【教学流程图】