資源簡介

2.3 簡諧運動的回復力和能量----教學評大單元分課時教學設計
課 題 2.3 簡諧運動的回復力和能量
課 型 新授課 復習課□ 試卷講評課□ 其他課□
授課班級 授課時間 2023年 月 日
教學內容分析 本節課以水平彈簧振子為例子，從動力學和能量的角度來研究簡諧運動。通過分析水平彈簧振子的受力特點，結合胡克定律，引出回復力的概念，且和向心力一樣是效果力。最后通過探究簡諧運動過程中位移、速度的變化，引出了勢能和動能的變化規律，進而得到振子的機械能的變化情況，這樣深刻的理解了簡諧運動是一種理想模型。
學習者 分析 學生認識了彈簧振子模型，并且知道了簡諧運動方程及圖像物理意義的基礎上，從本質上探討簡諧運動產生的動力學問題，引出回復力的概念，最后通過對簡諧運動中質點的加速度、速度、位移、彈性勢能、動能及機械能的變化規律，從而達到對簡諧運動的深入了解。
教學目標與核心素養 物理觀念∶知道回復力的概念和特征，理解簡諧運動的能量變化。 科學思維∶能結合牛頓運動定律分析振子的各個物理量的變化情況。 科學探究：通過實驗觀察，能夠獨立運用能量守恒觀點分析振子的能量變化。 科學態度與責任∶養成對物理現象能夠從能量和動力學兩方面進行分析的行為習慣。
教學準備 多媒體課件、導學案、單擺、彈簧和小球
活動設計
教學內容 教師活動 學生活動 評價任務
【創設情景 引入課堂】
當我們把彈簧振子的小球拉離平衡位置釋放后，小球就會在平衡位置附近做簡諧運動。小球的受力滿足什么特點才會做這種運動呢 1.讓學生觀察圖片： 2.引導學生思考： 問題1：如圖，我們以振子從O →B的運動情況為例分析。在O →B段振子做什么運動？ 問題2：根據牛頓運動定律，振子受力情況怎么樣？ 問題3：做簡諧運動的物體受到的回復力有什么特點呢？ 學生觀察、思考并討論 通過對小球的受力分析，引導學生從受力的角度分析小球的運動，尋找運動和受力的關系特點。
探索新知： 知識點一：簡諧運動的回復力
以水平彈簧振子為例，將振子拉到這P釋放后，振子水平方向只受彈簧的拉力，且彈力與位移方向相反，所以振子受到的合外力就是F合=-kx 。 在合力的作用下振子向左加速運動，位移減小，彈力隨之減小。振子經過O繼續向左運動，位移反向了，彈力也反向了，所以合力依然滿足這個F合=-kx 式子。 可見當振子偏離平衡位置的時候，始終受到一個方向指向平衡位置，大小與位移成正比的力的作用，這個力就是我要講的回復力。它的大小始終等于F合=-kx，也正是在回復力的作用下振子才會在BOC之間來回震動。 1.出示簡諧運動情景圖片 2.引導學生思考回答問題： 問題1：振子的回復力由誰提供？ 問題2：回復力的大小和方向？ 回復力的定義 ①定義：振動質點受到的總能使其回到平衡位置的力，大小與位移成正比。 ②方向：指向平衡位置 ③表達式：F＝－kx（“-”號表示與位移x方向相反），k為比例系數，不同的振子k不同。 ④這個力和你學過的向心力一樣，是按照力的作用效果命名的，所以它既可以是某一個力提供的，也可以是幾個力的合力提供。 觀察簡諧運動情形 思考教師提出的問題 3.討論如何定義回復力 探討物理問題，引導學生建立物理概念
探索新知： 知識點二：簡諧運動的能量
明確一個概念，位移和我們以前學習的有些不一樣。 位移是振子相對于平衡位置的位移的簡稱。 比如振子運動到P此時振子的位移是這個有向線段，同理振子由P運動到O此時的位移是零。同樣的振子由O運動到Q這段有向線段就是位移。 以彈簧振子為例，分析運動的位移，速度，加速度，動能，勢能等有些什么變化規律 引導學生思考回答問題： 問題：振子由P運動到A，位移是OA還是PA這段？ 2.播放動圖展示振子的位移變化過程 問題：彈簧振子的能量變化具有什么規律呢？ 3.總結簡諧運動中各物理量的變化規律 4.引導學生記住表格，位移變大時，速度變小，位移變小時速度變大，總之速度與位移變化情況是相反的，再看位移變大時，加速度變大，位移變小時加速度變小，總之加速度與位移變化情況相同的。 5.播放動圖展示各個量的變化情況 觀看視頻、圖片、思考回答問題 學生思考理解位移是由平衡位置指向振子所在位置的有向線段。 討論簡諧運動中各物理量的變化規律 理解并記憶表格內容 觀看動圖明確簡諧運動中各個量的變化情況
課堂練習
例1(多選)物體做簡諧運動時，下列敘述中正確的是(　　) A．平衡位置就是回復力為零的位置 B．處于平衡位置的物體，一定處于平衡狀態 C．物體到達平衡位置，合力一定為零 D．回復力的方向總是指向平衡位置 【答案】：AD 【解析】：由回復力及平衡位置的定義可知，平衡位置時回復力為零，選項A、D正確；物體停在平衡位置時處于平衡狀態，物體振動至平衡位置時不一定處于平衡狀態，合力不一定為零，選項B、C錯誤． 例2（單選）彈簧振子在光滑的水平面上做簡諧運動，在振子向著平衡位置運動的過程中(　　) A．振子所受的回復力逐漸增大 B．振子離開平衡位置的位移逐漸增大 C．振子的速度逐漸增大 D．振子的加速度逐漸增大　　　 【答案】 C 【解析】在振子向著平衡位置運動的過程中，振子所受的回復力逐漸減小，振子離開平衡位置的位移逐漸減小，振子的速度逐漸增大，振子的加速度逐漸減小，選項C正確． 例3、(單選）物體做簡諧運動時，下列敘述中正確的是(　　) A．平衡位置就是回復力為零的位置 B．處于平衡位置的物體，一定處于平衡狀態 C．物體到達平衡位置，合力一定為零 D．物體到達平衡位置，回復力一定為零 【答案】：A D 【解析】：本題考查簡諧運動平衡位置這一知識點，并考查了處于平衡位置時回復力和物體所受合力等問題。應注意平衡位置是回復力等于零的位置，但物體所受到的合力不一定為零。因此A、D正確。 例4：為某物體做簡諧運動的圖像，在0→1.5s 范圍內回答下列問題。 （1）哪些時刻物體的回復力與 0.4 s 時的回復力相同？ （2）哪些時刻物體的速度與 0.4 s 時的速度相同？ （3）哪些時刻的動能與 0.4 s 時的動能相同？ （4）哪段時間的加速度在減小？ （5）哪段時間的勢能在增大？ 【答案】（1）0.6s、1.2s、1.4s （2）0.2s、1.0s、1.2s （3）0、0.2s、0.6s、0.8s、1.0s、1.2s、1.4s （4）0.1～0.3s、0.5～0.7s、0.9～1.1s、1.3～1.5s （5）0～0.1s、0.3～0.5s、0.7～0.9s、1.1～1.3s、
課堂小結 利用思維導圖引導學生完成
主板書設計
2.3簡諧運動的回復力和能量 一、簡諧運動的回復力 ①定義:振動質點受到的總能使其回到平衡位置的力，大小與位移成正比 ②方向:指向平衡位置 ③表達式:F=-kx(“-”號表示與位移x方向相反) ④簡諧運動的動力學特征:如果物體在運動方向上所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成正比，并且總是指向平衡位置，質點的運動就是簡諧運動。 二、簡諧運動的能量 ①位移與速度、動能變化情況相反。 ②位移與加速度，彈性勢能變化情況相同
教學反思

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