《簡諧運動》教學設(shè)計

向永洪

【摘 ? ?要】本文通過《簡諧運動》教學設(shè)計，改變了傳統(tǒng)的教學模式。教學中采用啟發(fā)式教學、類比法、實驗與視頻動畫結(jié)合等方法，充分調(diào)動了學生的學習興趣和主動性，既使學生在學習過程中感受到了探求知識的樂趣，又逐步培養(yǎng)了學生的思維能力。

【關(guān)鍵詞】機械振動 ?彈簧振子 ?振動位移 ?簡諧運動

教材分析

學生已經(jīng)學過的運動形式勻速直線運動，這是一種沒有加速度的運動;勻變速直線運動，這是具有恒定加速度的運動，而且加速度方向和初速度方向在一條直線上;拋體運動，這也是具有恒定加速度的運動，但是加速度的方向和初速度的方向可以不在一條直線上。本節(jié)教學重點是彈簧振子振動圖像的建立過程，教學難點是證明彈簧振子的振動圖像是正弦曲線。

教材內(nèi)容線索是：什么是彈簧振子？??——彈簧振子是怎樣運動的？——彈簧振子的x-t圖像是怎樣的？——彈簧振子的x-t圖像是不是正弦曲線？——定義：如果振動物體的x-t圖像是正弦曲線，這種運動就是簡諧運動。

學情分析

通過前面章節(jié)的學習，學生已經(jīng)具備運動學的基本知識及分析物理規(guī)律的一定能力。雖然通過初中和高一的學習，學生已有一定的觀察、實驗?zāi)芰?，但抽象思維、推理和綜合分析的能力仍然有限。

教學過程

引入：我們已經(jīng)學過哪些運動形式？并分析加速度特點？

學生：

演示：如圖1所示，豎直彈簧振子和單擺的運動。

圖1

討論：這兩種運動的特點？（引導分析軌跡和豎直彈簧振子的加速度）

學生：1.軌跡有直線有曲線。2.加速度大小和方向均在變化。

討論：這兩種運動的共同點？

學生：1.往復運動。2.有一個中心位置。

一、機械振動（板書）

1.概念：物體在平衡位置兩側(cè)所做的往復運動，就叫做機械振動。通常簡稱振動。（板書）

2.平衡位置：振動中心位置即物體保持靜止時的位置。（板書）

思考：生活中有哪些振動現(xiàn)象？

學生：鐘擺的擺動;水中漂浮物的上下浮動;微風中樹枝的來回擺動;昆蟲翅膀的顫動;發(fā)聲物體的振動;地震……

教師：下面我們重點研究一種典型的振動——彈簧振子。

二、彈簧振子（板書）

1.概念：小球和彈簧所組成的系統(tǒng)稱為彈簧振子。（板書）

2.條件：（板書）

（1）忽略摩擦力。（板書）

（2）彈簧的質(zhì)量與小球相比可以忽略。（板書）

3.分類：水平彈簧振子和豎直彈簧振子。（板書）如圖2所示。

思考：能否用勻變速直線運動的公式研究彈簧振子的運動？

三、彈簧振子的位移—時間圖象（板書）

回憶：某段時間內(nèi)位移的概念和意義。

學生：由初位置指向末位置的有向線段，反應(yīng)物體位置的變化。

思考：由于振動具有往復性，為了描述彈簧振子某時刻的位置最好以哪個點為初位置？

學生：平衡位置。

1.振動位移x：由平衡位置指向所在位置的有向線段。（板書）

（1）大?。弘x平衡位置的距離。（板書）

（2）方向：平衡位置指向所在位置，與速度方向無關(guān)。（板書）如圖3所示。

圖2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖3

思考：描繪位移——時間圖象要獲取什么數(shù)據(jù)？

學生：不同時刻的位移。

2.建立圖像的方法（板書）

（1）頻閃照相法（板書）

方案一（動畫演示）：彈簧振子后面固定一刻度尺，刻度尺零刻度放在平衡位置且兩邊都有刻度。先在前后半個周期內(nèi)各頻閃幾張照片，意圖是讓照片不重合。然后記錄下各照片上小球的位移及對應(yīng)時間。最后建立坐標描點連線。

方案二（邊操作邊演示）：用攝像機（或數(shù)碼相機的攝像功能）對彈簧振子進行攝像，注意讓小球在畫面邊緣。得到的是每隔0.04s拍攝的一幀幀照片，在電腦中建立一個幻燈片文件，把這些照片采用“全部插入”的方式插入在同一張幻燈片中，照片會按拍攝的時間順序一幀幀自動（下轉(zhuǎn)23頁）

（上接62頁）向右平鋪開，如圖4所示。學生從這個操作過程中可以感受到時間軸的形成，形象的得到不同時刻小球的位置及變化規(guī)律。

（2）直接描跡法（板書）

方案三（水擺演示）：將飲料瓶去底在側(cè)壁打兩小孔穿上細線并在蓋上打一出水孔制成水擺。水擺擺動時垂直振動方向勻速拉薄木板或硬紙板，水擺便自動在板上畫出振動曲線。

介紹：醫(yī)院的心電圖原理。

（3）位移傳感器法（板書）

方案四（邊操作邊演示）：位移傳感器能自動記錄彈簧振子不同時刻的位移并在電腦上數(shù)據(jù)顯示或圖像顯示。

思考：彈簧振子的振動圖像是彈簧振子中小球的運動軌跡嗎？

學生：不是，彈簧振子中小球做的是往復的直線運動。

思考：圖像反應(yīng)什么規(guī)律呢？

學生：圖像反應(yīng)小球的位移隨時間變化的規(guī)律。并由此得出振動圖像的意義。

3.圖像的意義：反應(yīng)位移隨時間變化的規(guī)律，不是軌跡。（板書）

思考：猜想我們用不同的方法建立的彈簧振子的振動圖像是什么曲線？

學生：正弦曲線。

思考：如何證明是正弦曲線呢？

學生：量出小球幾個時間對應(yīng)的位移坐標，代入正弦函數(shù)方程x=Asin（ωt+Ф）驗證。

四、簡諧運動：振動圖像是正弦曲線的機械振動。（板書）

介紹：簡諧運動是最簡單最基本的機械振動。

教學反思

本節(jié)課首先通過復習已經(jīng)學過的運動形式，再分析彈簧振子和單擺的運動特點引出機械振動的概念。而后具體研究最簡單的彈簧振子的振動，了解彈簧振子的理想化條件，建立振動位移的概念。然后用不同的方案得出彈簧振子的振動圖像，提供的四種方案中利用水擺直接描軌跡是作者原創(chuàng)，器材簡單現(xiàn)象直觀推薦采用，另外三種方案跟據(jù)教學實驗條件可選擇使用。最后通過數(shù)據(jù)分析揭示出彈簧振子的振動圖像是正弦曲線，并得出簡諧運動的概念。