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2019-2020年高中物理 第一章《機(jī)械振動》教案（1） 滬科版選修3-4 一、教學(xué)任務(wù)分析 機(jī)械振動是繼勻速圓周運(yùn)動后學(xué)習(xí)的另一種研究較為復(fù)雜的周期性運(yùn)動。學(xué)習(xí)機(jī)械振動既是對周期性運(yùn)動共性認(rèn)識的完善，也為以后學(xué)習(xí)機(jī)械振動、交流電、電磁波等知識奠定基礎(chǔ)。 學(xué)習(xí)機(jī)械振動需要以勻速直線運(yùn)動、牛頓運(yùn)動定律等知識為基礎(chǔ)。 從觀察生活與實驗中機(jī)械振動現(xiàn)象入手，使學(xué)生歸納知道機(jī)械振動的一般特征。 通過引導(dǎo)學(xué)生分析“彈簧振子”運(yùn)動過程中的受力情況及運(yùn)動情況，使學(xué)生知道機(jī)械振動的受力條件，認(rèn)識簡諧運(yùn)動中各物理量的變化規(guī)律。 在引入“彈簧振子”的過程中，使學(xué)生體驗“理想模型”方法，在分析彈簧振子運(yùn)動情況的過程中感受“歸納推理”，在研究彈簧振子位移時間圖像和音叉振動及迭加的過程中感受“實驗探究”的方法，培養(yǎng)學(xué)生的觀察分析、比較判斷、推理歸納等能力。 二、教學(xué)目標(biāo) 1．知識與技能 （1）知道機(jī)械振動。 （2）理解簡諧運(yùn)動回復(fù)力的特征。 （3）理解簡諧運(yùn)動回復(fù)力、加速度、速度隨偏離平衡位置位移變化的定性規(guī)律。 （4）初步學(xué)會由現(xiàn)象的觀察、概括、比較、分析與歸納，得出相應(yīng)的物理規(guī)律。 2．過程與方法 （1）通過研究彈簧振子振動、音叉振動及迭加，感受“從簡單入手、逐步深入”的科學(xué)研究方法。 （2）通過彈簧振子的建模過程，認(rèn)識“理想模型”的研究方法。 3．情感、態(tài)度價值觀 （1）通過觀察生活事例，了解實際應(yīng)用，體驗樂于科學(xué)探究的情感。 （2）通過探究簡諧運(yùn)動的規(guī)律，感悟?qū)嵤乔髮嵉目茖W(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)。 三、教學(xué)重點與難點 重點：簡諧運(yùn)動的受力特點及其運(yùn)動規(guī)律。 難點：一次全振動中回復(fù)力、加速度、速度的變化及相互關(guān)系。 四、教學(xué)資源 1．物理實驗 （1）演示實驗： ① 研究簡諧運(yùn)動規(guī)律：豎直彈簧振子、運(yùn)動傳感器、力傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī)。 ② 振動的對比和迭加：頻率不同的音叉、兩塊玻璃板、計算機(jī)和聲音分析軟件。 （2）學(xué)生小實驗：鋸條、單擺、橡皮筋、乒乓球。氣墊導(dǎo)軌上的彈簧振子。 2.信息化平臺： （1）多人一機(jī)的網(wǎng)絡(luò)教室，文件管理展示平臺（172.16.2.10/中文/學(xué)科教學(xué)/@elearning學(xué)習(xí)平臺）。 （2）網(wǎng)上交互課件：研究彈簧振子位移、回復(fù)力、速度變化的flash課件。 五、教學(xué)設(shè)計思路 本設(shè)計包括機(jī)械振動一般特點、簡諧運(yùn)動、振動圖像三部分內(nèi)容。 本設(shè)計的基本思路是：從生活現(xiàn)象觀察和學(xué)生實驗入手，在引導(dǎo)學(xué)生歸納概括機(jī)械振動的一般特征和所需條件的基礎(chǔ)上，以彈簧振子為研究對象，通過分析討論，得出簡諧運(yùn)動的受力特點和運(yùn)動規(guī)律，再應(yīng)用DIS實驗得出簡諧運(yùn)動的振動圖像。 本設(shè)計要突出的重點是：簡諧運(yùn)動的受力特點及其運(yùn)動規(guī)律。方法是：通過引導(dǎo)學(xué)生觀察彈簧振子的運(yùn)動與彈簧形變的關(guān)系，應(yīng)用動力學(xué)知識進(jìn)行分析討論。 本設(shè)計要突破的難點是：。方法是：以彈簧振子的運(yùn)動為例，通過DIS實驗和演示研究彈簧振子位移、回復(fù)力、速度變化的flash課件，展示一次全振動中回復(fù)力、加速度、速度的變化及相互關(guān)系，再通過音叉振動及迭加實驗的研究進(jìn)行強(qiáng)化與拓展。 本設(shè)計強(qiáng)調(diào)問題討論、網(wǎng)絡(luò)課件交互、交流討論、DIS實驗研究、教師指導(dǎo)等多種教學(xué)策略的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)通過學(xué)生主動參與，培養(yǎng)其分析推理、比較判斷、歸納概括的能力，使之感受“理想模型”、“實驗探究”、“歸納推理”等科學(xué)方法；感悟簡諧運(yùn)動的學(xué)習(xí)價值和意義的，提高探究學(xué)習(xí)的興趣。 完成本設(shè)計的內(nèi)容約需2課時。 六、教學(xué)流程 1．教學(xué)流程圖 簡諧運(yùn)動的特征 活動IV DIS實驗2 音叉振動 圖像及迭 加為樂音 活動V 模板總結(jié) 活動I 演示1 機(jī)械振動概念條件 活動II 課件交互 彈簧振子模型 情景 觀察 實踐 活動III DIS實驗1 水平彈 簧振子 回復(fù)力 豎直彈 簧振子 回復(fù)力 問題 設(shè)問 2．流程圖說明 情景 觀察實踐 學(xué)生觀察生活中各種機(jī)械振動事例的視頻，并利用鋸條、單擺、穿過橡皮筋的乒乓球動手實踐，自主演示與視頻中運(yùn)動事例相類似的運(yùn)動。 活動I 演示1 演示氣墊導(dǎo)軌上彈簧滑塊的在充氣前和充氣后的往復(fù)運(yùn)動，進(jìn)行對比。 活動II 課件交互 在網(wǎng)絡(luò)教室中，學(xué)生分組操作水平彈簧振子往復(fù)運(yùn)動的flash課件，分析討論在一次全振動中彈簧振子的位移變化、受力情況、變速情況，邊在表格中填寫討論結(jié)果，回答關(guān)于水平彈簧振子回復(fù)力特征的問題。分組交互任務(wù)完成后，利用網(wǎng)絡(luò)將探究結(jié)果進(jìn)行提交，以便進(jìn)行全班交流。 活動III DIS實驗1 用力傳感器測豎直彈簧振子的回復(fù)力，用位移傳感器測位移，從實驗中得出豎直彈簧振子的回復(fù)力特征和位移時間圖像。 設(shè)問：根據(jù)對水平彈簧振子與豎直彈簧振子的研究，它們的受力和運(yùn)動有哪些特征？ 活動III DIS實驗2 是利用聲音捕獲軟件進(jìn)行實驗。包括測音叉振動圖像、樂音振動圖像，及進(jìn)行音叉振動迭加樂音振動的實驗等。 活動V 模板總結(jié) 是關(guān)于機(jī)械振動、簡諧運(yùn)動知識結(jié)構(gòu)的校園網(wǎng)模板，老師事先在這個模板上為學(xué)生搭好一個大的框架，學(xué)生學(xué)完本節(jié)課全部內(nèi)容后，分組在這個模板上進(jìn)行歸納總結(jié)，自主形成關(guān)于本節(jié)課的知識結(jié)構(gòu)并上傳，供全班交流與點評。 3．教學(xué)的主要環(huán)節(jié) 本設(shè)計可分為三個主要的教學(xué)環(huán)節(jié)。 第一環(huán)節(jié)，通過現(xiàn)象觀察與實踐體驗，歸納得出機(jī)械振動的一般概念。 第二環(huán)節(jié)，通過彈簧振子的模型建立和DIS實驗研究，認(rèn)識簡諧運(yùn)動的特征與規(guī)律。 第三環(huán)節(jié)，通過音叉振動及迭加的研究，深化對簡諧運(yùn)動的理解。 七、教案示例 （一）引入: 1、提問討論。 前面我們研究了哪些運(yùn)動？這些運(yùn)動各有什么特征？需要什么條件？ 2、導(dǎo)入新課。 今天，我們來研究一種新的運(yùn)動，第六章機(jī)械振動、A節(jié)簡諧運(yùn)動。 （二）認(rèn)識機(jī)械振動 1、觀察現(xiàn)象，形成表象。 讓學(xué)生帶著問題觀看一段錄像,并用桌上器材演示幾個類似的運(yùn)動現(xiàn)象. 2、思考討論，歸納概念。 思考討論“這些運(yùn)動有哪些共同點？物體為什么會做這樣的運(yùn)動？”歸納機(jī)械振動的概念及原因。 3、討論想象，認(rèn)識條件。 讓學(xué)生想象外力如何控制物體做機(jī)械振動的，外力應(yīng)該有哪些特點。并在交流平臺上發(fā)言。 從討論發(fā)言中歸納得出機(jī)械振動的受力條件。 4、分析討論，重構(gòu)位移。 [演示] 小球在斜面間往返位移S變化的動畫。 沿用運(yùn)動學(xué)的定義，用起點指向終點的位移S來表示物體的位置及其變化，則當(dāng)小球從一側(cè)到另一側(cè)時，S的大小方向?qū)l(fā)生復(fù)雜的變化。 [演示] 小球在斜面間往返，離開平衡位置位移X的變化。 由此約定，研究機(jī)械振動，如果沒有別的說明，都以平衡位置作起點的位移表示物體經(jīng)過的位置，稱之為離開平衡位置的位移，用X表示。 （三）探究簡諧運(yùn)動 1、自主探究水平彈簧振子的運(yùn)動 [播放視頻] 水平彈簧振子及其運(yùn)動。 [學(xué)生] 分組操作水平彈簧振子運(yùn)動的網(wǎng)絡(luò)課件，定性研究彈簧振子一次全振動的位移X、回復(fù)力F、加速度a和速度v的變化情況并在網(wǎng)絡(luò)上提交研究結(jié)果。 [交流] 隨機(jī)展開幾組學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)上提交的研究結(jié)果，讓學(xué)生面向全班交流探究得到的結(jié)果。 2、實驗研究豎直彈簧振子的運(yùn)動 （1）裝置介紹（略）。 （2）原理講解。 [演示]力傳感器測豎直彈簧振子回復(fù)力原理分析動畫。 [分析]傳感器為什么測得的是回復(fù)力。 [實驗]采集位移、力的數(shù)據(jù)，繪位移圖像和力的圖像。 （4）分析討論。 [x— t圖像] 用正弦函數(shù)來擬合，計算機(jī)找出的正弦圖像與得到的x—t圖像幾乎完全重合，誤差極小，彈簧振子的x—t圖像的確是正弦或余弦函數(shù)圖像。 [F—x圖像] 對F—x圖像作線性擬合，計算機(jī)找出的一次函數(shù)圖像與得到F—x圖像也幾乎重合，但圖像不經(jīng)過x = 0的點，為什么？ [分析討論] 實驗中的位移，都是距離位移傳感器的位移。前面得出的F=-KX結(jié)論，位移X都是距離平衡點的位移。F—x圖橫軸上F = 0的點即平衡點，如果將位移的起點改為這個平衡點，在圖像上即是讓縱軸經(jīng)過它，F(xiàn)—x 圖像即為標(biāo)準(zhǔn)的F = -kx圖像。 因此，豎直彈簧振子與水平彈簧振子一樣，回復(fù)力F與位移x（離開平衡位置的位移）的大小也成正比、方向相反。 同理，將上面x—t圖像位移的起點由傳感器的位置改為平衡點， x—t 圖像就會變成我們熟悉的那種正弦或余弦函數(shù)的圖樣。 3、了解彈簧振子的運(yùn)動與其它振動的區(qū)別與聯(lián)系 用聲音分析軟件探測樂音和噪聲的振動圖像。并演示音叉的振動圖像，與彈簧振子的振動圖像對比，并用音叉的振動迭加樂音的振動。 4、歸納總結(jié)，形成簡諧運(yùn)動的概念和規(guī)律 從彈簧振子與其它振動的對比中可以得到哪些結(jié)論？ [學(xué)生] 彈簧振子代表了一類振動，是最簡單最基本的振動，復(fù)雜的振動可以由它們迭加而成。彈簧振子代表的這一類振動，叫做簡諧運(yùn)動。 這節(jié)課，我們主要研究的就是簡諧運(yùn)動。那么，簡諧運(yùn)動的規(guī)律或特點有哪些？你認(rèn)為它的本質(zhì)特征是什么？請利用校園網(wǎng)作一歸納并上傳服務(wù)器。 [交流評價和指導(dǎo)] 組織學(xué)生交流校園網(wǎng)中的總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生避免照本宣科式的朗讀。 （四）作業(yè)布置（略）。