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简谐运动教学设计

【教学目标】

1、知识目标

(1)了解什么是机械振动，知道机械振动是物体机械运动的另一种形式。

(2)知道简谐运动是一种理想化模型，知道什么是简谐运动以及物体在什么样的力作用下做简谐运动，知道判断简谐运动的方法以及研究简谐运动的意义。

(3)理解简谐运动的运动规律，掌握在一次全振动过程中位移、回复力、加速度、速度随偏离平衡位置的位移变化的规律，掌握简谐运动回复力的特征。了解简谐运动的若干实例。

2、能力目标

(1)通过观察演示实验，概括出机械振动的特征，培养学生的观察、概括能力；通过相关物理量变化规律的学习，培养分析、推理能力。

(2)掌握建立物理模型的科学方法。通过对弹簧振子所做简谐运动的分析，得到了有关简谐运动的一般规律性的结论，使学生知道从个别到一般的思维方法。

(3)学会分析简谐运动的实例，提高学生理论联系实际的能力。

3、德育目标

(1)通过物体做简谐运动时的回复力和惯性之间关系的教学，使学生认识到回复力和惯性是矛盾的两个对立面，正是这一对立面能够使物体做简谐运动。

(2)通过对简谐运动的分析，使学生知道各物理量之间的普遍联系，知道各物理量之间有密切的相互依存关系，学会用联系的观点来分析问题。

(3)渗透物理学方法的教育，运用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型——弹簧振子，研究弹簧振子在理想条件下的振动。

(4)培养学生实事求是的科学态度。

【教学重点】

简谐运动的回复力特征及相关物理量的变化规律。

【教学难点】

(1)偏离平衡位置的位移与运动学中的位移概念容易混淆。

(2)物体做简谐运动过程中位移、回复力、加速度、速度等变化规律的分析总结。

【教学方法】

实验演示、讨论与归纳、推导与列表对比、多媒体模拟展示

【教具准备】

一端固定的钢尺、单摆、音叉、小槌、水平弹簧振子、气垫式水平弹簧振子、竖直弹簧振子、CAI课件

【课时安排】

1课时

【教学过程】

一、导入新课

提问：我们学习过哪些类型的运动？这些运动的受力有什么特点？

演示：弹簧、钢尺、口琴簧片、橡皮筋等物体的振动

总结：我们把这些类型的运动叫做机械振动。

提问：除了我们刚才所提到的这些机械振动，你还知道哪些机械振动？

在自然界中有一种很常见的运动，如微风中树枝的颤动、心脏的跳动、钟摆的摆动、水中浮标的上下浮动、担物行走时扁担的颤动、声带的振动……，这些物体的运动称之为机械振动。振动是一种新的运动形式，简谐运动是机械振动中最简单的运动形式。

二、新课教学

1、机械振动

振动是自然界中普遍存在的一种运动形式，上面已列举了振动的若干实例。

(演示振动实例，建立振动的概念，归纳振动的特点)

演示：一端固定的钢尺、单摆、水平和竖直的弹簧振子、穿在橡皮绳上的塑料球、音叉的叉股等物体的振动。

问题：这些物体的运动有什么共同特征呢？

归纳：物体振动时有一中心位置，物体(或物体的一部分)在中心位置两侧做往复运动。

如琴弦振动的中心位置就是琴弦静止时或未开始振动时的位置。在该位置琴弦所受合力一般为零。

(1)平衡位置：物体振动时的中心位置，振动物体未开始振动时相对于参考系静止的位置，或沿振动方向所受合力等于零时所处的位置叫平衡位置。

(2)机械振动：物体在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动，通常简称为振动。

(3)振动特点：振动是一种往复运动，具有周期性和重复性。

(用多媒体展示振动的几个实例，在多媒体展示过程中强化“平衡位置”和“往复运动”)

2、简谐运动

研究振动也要从最简单、最基本的振动着手。简谐运动就是一种最简单、最基本的振动，我们以弹簧振子为例学习简谐运动。

(1)弹簧振子

演示：水平弹簧振子小球的振动和气垫弹簧振子中滑块的振动。

观察、分析、讨论：

①小球和滑块的运动都是平动，可以看作质点。

②弹簧的质量远远小于小球和滑块的质量，可以忽略不计。

③小球和滑块的质量相同，连接的弹簧也相同。滑块比小球振动的时间长。

一个轻质弹簧联接一个质点，弹簧的另一端固定，就构成了一个弹簧振子。

说明：在中学阶段只研究在没有阻力的理想条件下弹簧振子的运动。小球或滑块称为振子。弹簧振子是一个理想化的模型，它忽略了一些次要的因素。

(2)振动形成的原因

x↓F↓a↓Ep↓V↑P↑Ek↑

当物体远离平衡位置运动时，a、V反向，振子做变减速运动，此时

x↑F↑a↑Ep↑V↓P↓Ek↓

在平衡位置的两侧，距平衡位置等距离的点，各量的大小对应相等，振子的运动具有对称性。

在上述各量中矢量变化的周期是标量变化周期的两倍。

(4)简谐运动的力学特征

问题：弹簧振子振动时，回复力与位移是什么关系？

分析：由振动过程的分析可知，振子的位移总是相对于平衡位置而言的，即初位置是平