2.2 机械振动 专项作业 -河南省新乡市2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

高二物理选择性必修第一册课时作业设计 ——简谐运动的描述 应用场景：高二物理选择性必修第一册《机械振动》第二节《简谐运动的描述》课时作业，用于新课结束后课时作业练习，诊断模型应用漏洞，落实简谐运动的描述相关核心素养。 一、作品基础信息 项目 填写内容 作品名称 【《简谐运动的描述》课时作业设计】 学段学科 【高中物理】 适用年级 【高二】 教材版本 【人教版】 对应内容 【选择性必修第一册 第二章第2节《简谐运动的描述】 作业类型 【课时作业】 完成时长 总时长_30_分钟 设计者 【朱贝贝】 二、设计背景与意图 1. 课标与教材分析 · 课标要求：落实物理观念、科学思维核心素养；能利用振动图像描述简谐运动，理解振幅、周期、频率物理含义，借助图像分析振子运动变化，达到学业质量水平2要求。 · 教材地位：本节是机械振动模块核心课时，在弹簧振子基础模型之上引入描述振动的物理量，学习x‑t振动图像，是后续受迫振动、机械波学习的重要铺垫，是高考振动图像类考题的知识载体。 · 教学重难点：重点：振幅、周期、频率概念，读懂简谐运动x‑t振动图像；难点：区分振动图像与物体运动轨迹，运用周期性、对称性分析位移、速度、加速度、路程问题。 2. 学情分析 维度 具体描述 已有基础 学生已经认识弹簧振子，了解简谐运动回复力特点，具备直线运动图像基础读取能力。 现有困惑 混淆振动图像和振子实际运动轨迹；错误认为1/4周期路程一定等于振幅；对周期性、对称性理解浅薄，矢量方向判断容易出错。 差异分析 基础薄弱学生只能识记基础概念；中等学生可以读懂简单振动图像；优等生能够综合处理周期性计算、定性分析周期影响因素。 3. 设计意图 本课时作业围绕简谐运动的描述，分层设置基础、提升试题，全部采用原创情境（音叉振动、弹簧振子），夯实振幅、周期、频率概念，纠正图像认知典型误区，训练图像信息提取、周期性与对称性推理，设置选做拓展设问，兼顾不同层次学生，落实物理核心素养。本课时作业围绕简谐运动的描述，分层设置基础、提升试题，全部采用原创情境（音叉振动、弹簧振子），夯实振幅、周期、频率概念，纠正图像认知典型误区，训练图像信息提取、周期性与对称性推理，设置选做拓展设问，兼顾不同层次学生，落实物理核心素养。 三、作业目标 目标维度 编号 具体目标 对应核心素养 评价证据 知识理解 A 识记辨析振幅、周期、频率概念，区分振动图像与运动轨迹 物理观念 选择题正确率、概念辨析作答 能力运用 B 读取x‑t振动图像信息，判断位移、速度、加速度，完成路程、位移定量计算 科学思维 选择题、计算题图像读取、计算过程 思维发展 C 利用简谐运动对称性、周期性分析问题，定性分析弹簧振子周期影响因素 科学思维 推理表述、陷阱选项甄别 推理表述、陷阱选项甄别 情感态度 D 了解简谐运动在声学、工程减震的应用，养成严谨读图的科学习惯 科学态度与责任 作业书写、思考作答 四、作业内容与目标对应表 题号 题型 题目概要 对应目标 设计意图 参考答案/评价要点 1 单选 振幅概念辨析，以减震弹簧为背景 A 区分振幅与最大位移，明确振幅为标量，联系工程减震场景 答案D；振幅是最大位移的大小，无阻尼振动振幅不变 2 单选 xt振动图像物理意义辨析，振动监测传感器情境 A 破除“振动图像是运动轨迹”典型误区，理解传感器采集的振动图像含义 答案C；图像反映位移随时间变化，不是轨迹 3 单选 周期、频率、全振动位移辨析，摆钟模型情境 A、B 巩固周期概念，破除1/4周期路程思维定势，理解计时工具依靠周期稳定工作 答案B；完成一次全振动，振子回到出发点位移为0 4 单选 水平弹簧振子各物理量动态变化，车辆减震弹簧场景 B 分析远离、靠近平衡位置回复力、速度、加速度变化规律，联系汽车减震运动 答案C；最大位移处速度为0，加速度最大 5 单选 音叉情境下周期频率计算与图像读取，声学振动场景 A、B 结合声学场景训练频率计算，理解声音由振动产生，读取图像信息 答案A；f=1/T=250Hz，理想振动振幅不变 6 单选 简谐运动对称性辨析，振动检测仪器情境 B、C 训练对称位置位移、速度大小方向辨析，传感器采集振动信号的对称性 答案B；平衡位置对称两点速度大小相等，方向可不同 7 单选 质点多次经过同一位置的运动分析，桥梁微振动监测 B、C 理解同一位置加速度不变，速度方向可改变，桥梁振动监测原理 答案C；同一位置位移相同，加速度一定相等 8 多选 弹簧振子周期、频率影响因素辨析，减震器设计场景 A、C 明确弹簧振子周期与振幅无关，由m、k决定，用于减震装置参数设计 答案ABD；周期频率互为倒数，周期不受振幅影响 9 多选 xt图像可以直接读取的物理量，振动记录仪图像 B、C 区分图像直接获取量与需要公式计算的物理量，看懂监测设备输出图像 答案ABD；回复力需要劲度系数k，图像不能直接读出 10 多选 弹簧振子动能势能转化分析，建筑隔震装置 A、B 掌握简谐运动中动能、弹性势能相互转化规律，理解隔震装置能量转化 答案ABD；振幅越大系统总机械能越大 11 计算大题 振动传感器记录弹簧振子xt图像，求振幅周期频率、判断运动状态、计算路程位移；拓展设问：工程减震更换弹簧对振动周期的影响 B、C 综合图像读取、周期性计算，定性推理周期公式，对接工程减震真实场景；第(4)小问选做 见解析；矢量方向表述、计算、文字推理为得分重点 五、作业评价 维度 A（优秀） B（良好） C（待改进） 权重 得分 知识理解 基础题全对，概念理解精确，能结合实例说明振幅周期含义，无图像、振幅概念混淆 少量细节概念错误，能简单联系振动实例，不影响整体理解 较多基础概念错误，无法联系实际场景 20% 能力运用 图像信息提取准确，矢量方向表述规范，计算完整，能利用物理量描述振动 图像读取基本正确，少量计算、方向疏漏，可简单描述振动 不会读取图像，计算逻辑错误，不会描述振动 30% 思维发展 周期性、对称性运用熟练，能将模型迁移到工程振动场景，拓展设问推理逻辑完整 可以处理基础问题，拓展设问表达不够完整，迁移场景能力一般 模型、规律混淆，思路混乱，不能迁移到实际场景 30% 情感态度 书写符号规范，能体会振动知识在工程、声学的价值，主动思考错题 态度端正，完成全部必做题，了解振动简单应用 被动完成，空题较多，书写潦草，不关注物理应用 20% 6、 试题详情 第Ⅰ卷 选择题（共70分） 一、单项选择题（本题共7小题，每小题5分，共35分。每小题只有一个选项符合题意） （原创）1. 下列关于简谐运动振幅的说法，正确的是（） A. 振幅是振子运动的最大位移 B. 振幅等于振子一个周期内走过的路程 C. 振子振动时振幅会随位移变化 D. 振幅描述振动的强弱，是标量 （原创）2. 弹簧振子做简谐运动，根据x‑t振动图像。下列说法正确的是（） A. x‑t图像是振子实际运动轨迹 B. 图像横坐标代表振子的位移 C. 图像可以读出不同时刻振子位移 D. 图像上两点连线代表振子运动路径 （原创）3. 一个弹簧振子做简谐运动，周期T=0.8s。下列说法正确的是（） A. 振子经过0.4s，一定走过路程等于振幅A B. 振子经过一个周期，位移一定为0 C. 振子频率f=0.8Hz D. 振子振动越快，周期越大 （原创）4. 水平弹簧振子，平衡位置O，左右最大位移位置C、B。若振子从O点向右出发，经过T/4到达B，下列描述正确的是（） A. 从O到B，振子速度逐渐变大 B. 从O到B，回复力逐渐减小 C. 在B点，振子速度为0，加速度最大 D. 在O点，振子回复力最大 （原创）5. 某音叉做简谐运动，振动图像振幅30cm，周期40s。下列判断正确的是（） A. 振动频率是0.025Hz B. 振幅随时间不断减小 C. t=10s时刻振子在负向最大位移 D. t=40s时振子位移最大 （原创）6. 关于简谐运动的对称性，下列说法正确的是（） A. 关于平衡位置对称的两点，位移相同 B. 关于平衡位置对称的两点，速度大小一定相等 C. 从正向最大位移到平衡位置时间大于平衡位置到负向最大位移 D. 同一位置，振子往返经过此处速度一定相同 （原创）7. 一质点做简谐运动，t₁时刻在位移x₁处，t₂时刻回到同一位置，则（） A. 时间间隔一定等于一个周期 B. 两时刻质点速度一定相同 C. 两时刻质点加速度大小相等 D. 质点在该位置路程一定是4A 二、多项选择题（本题共3小题，每小题5分，共15分。每小题有多个选项符合题意，全部选对得5分，选对但不全得3分，有错选得0分） （原创）8. 关于简谐运动周期、频率，说法正确的有（） A. 周期是完成一次全振动的时间 B. 周期和频率互为倒数 C. 振子质量增大，弹簧振子的振动频率变大 D. 同一弹簧振子，改变振幅，周期不变 （原创）9. 某简谐运动图像，下列信息可直接从图像读出的是（） A. 任意时刻振子的位移 B. 振动的振幅、周期 C. 振子受到回复力的具体大小 D. 某时刻速度的变化趋势 （原创）10. 水平弹簧振子做简谐运动，不计阻力，下列能量与运动描述正确的是（） A. 振子在平衡位置动能最大 B. 振子最大位移处弹性势能最大 C. 振幅变大，振动总机械能不变 D. 从最大位移向平衡位置运动，势能转化为动能 第Ⅱ卷 非选择题（共30分） 三、计算题（本题共1小题，共30分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤） （原创）11. 如图，光滑水平面上弹簧振子做简谐运动，x‑t图像如图所示，振幅A=10cm，周期T=4s。取向右为正方向。 求： (1) 写出该简谐运动的振幅、周期、频率； (2) 判断t=1s、t=2s两个时刻振子的位移、速度、加速度的大小与方向； (3) 求0~6s内，振子运动的总路程和总位移； (4)【拓展设问】若将弹簧换成劲度系数更大的弹簧，振子质量不变，简要分析振动周期如何变化，说明理由。 7、 答案与解析 1.【答案】D 【解析】位移是矢量，振幅是最大位移的大小，属于标量；一个周期内振子路程为4倍振幅；无阻尼简谐运动振幅保持恒定。 2.【答案】C 【解析】振动图像反映位移随时间的变化规律，并不是振子实际运动轨迹。 3.【答案】B 【解析】频率f=1/T；半个周期路程一定为2A，但四分之一周期路程不一定等于A；经过一次全振动，振子回到初始位置，位移为0。 4.【答案】C 【解析】振子远离平衡位置，位移增大，回复力、加速度增大，速度减小；最大位移处速度等于0，加速度最大。 5.【答案】A 【解析】f=1/T=1/40=0.025Hz；理想无阻尼简谐运动振幅不变；t=0位移为0。 6.【答案】B 【解析】对称两点位移大小相等、方向相反；速度大小相等，方向可能不同；简谐运动左右运动时间对称；同一位置往返速度方向相反。 7.【答案】C 【解析】同一位置，位移大小、方向均相同；由a=-kx/m，加速度一定相同；速度方向可能相反，时间间隔不一定是一个周期。 8.【答案】ABD 【解析】弹簧振子周期只由振子质量、弹簧劲度系数决定，与振幅无关。 9.【答案】ABD 【解析】回复力F=-kx，需要知道劲度系数k，无法直接从图像读出回复力大小。 10.【答案】ABD 【解析】振幅越大，弹簧振子系统总机械能越大。 11.【答案】 (1) 振幅A=10cm，周期T=4s，频率f=1/T=0.25Hz (2) t=1s：位移x=+10cm（向右）；速度等于0；加速度最大，方向向左。 t=2s：位移x=0；速度最大，方向向左；加速度等于0。 (3) 6s=1.5T；总路程s=1.5×4A=60cm；总位移x=-10cm，大小10cm，方向向左。 (4) 周期变小；弹簧振子周期公式T=2π√(m/k)，m不变，劲度系数k变大，周期T减小。 【解析】利用振动图像读取时刻信息，结合简谐运动周期性计算路程位移，借助周期公式定性分析k对周期的影响。 1 学科网（北京）股份有限公司 $