2.3 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量教學(xué)設(shè)計(jì)

“教學(xué)評(píng)”一體化教學(xué)設(shè)計(jì)課時(shí)設(shè)計(jì)課題2.3簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量課型新授課eq\o\ac(□,√)復(fù)習(xí)課□試卷講評(píng)課□其他課□授課班級(jí)授課時(shí)間2023年月日教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)課以水平彈簧振子為例子，從動(dòng)力學(xué)和能量的角度來研究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。通過分析水平彈簧振子的受力特點(diǎn)，結(jié)合胡克定律，引出回復(fù)力的概念，且和向心力一樣是效果力。最后通過探究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過程中位移、速度的變化，引出了勢(shì)能和動(dòng)能的變化規(guī)律，進(jìn)而得到振子的機(jī)械能的變化情況，這樣深刻的理解了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想模型。學(xué)習(xí)者分析學(xué)生認(rèn)識(shí)了彈簧振子模型，并且知道了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程及圖像物理意義的基礎(chǔ)上，從本質(zhì)上探討簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)問題，引出回復(fù)力的概念，最后通過對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中質(zhì)點(diǎn)的加速度、速度、位移、彈性勢(shì)能、動(dòng)能及機(jī)械能的變化規(guī)律，從而達(dá)到對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的深入了解。教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)物理觀念∶知道回復(fù)力的概念和特征，理解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量變化。科學(xué)思維∶能結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析振子的各個(gè)物理量的變化情況?？茖W(xué)探究：通過實(shí)驗(yàn)觀察，能夠獨(dú)立運(yùn)用能量守恒觀點(diǎn)分析振子的能量變化?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶養(yǎng)成對(duì)物理現(xiàn)象能夠從能量和動(dòng)力學(xué)兩方面進(jìn)行分析的行為習(xí)慣。教學(xué)準(zhǔn)備多媒體課件、導(dǎo)學(xué)案、單擺、彈簧和小球活動(dòng)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)評(píng)價(jià)任務(wù)【創(chuàng)設(shè)情景引入課堂】當(dāng)我們把彈簧振子的小球拉離平衡位置釋放后，小球就會(huì)在平衡位置附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。小球的受力滿足什么特點(diǎn)才會(huì)做這種運(yùn)動(dòng)呢?1.讓學(xué)生觀察圖片：2.引導(dǎo)學(xué)生思考：?jiǎn)栴}1：如圖，我們以振子從O→B的運(yùn)動(dòng)情況為例分析。在O→B段振子做什么運(yùn)動(dòng)？問題2：根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，振子受力情況怎么樣？問題3：做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體受到的回復(fù)力有什么特點(diǎn)呢？學(xué)生觀察、思考并討論通過對(duì)小球的受力分析，引導(dǎo)學(xué)生從受力的角度分析小球的運(yùn)動(dòng)，尋找運(yùn)動(dòng)和受力的關(guān)系特點(diǎn)。探索新知：知識(shí)點(diǎn)一：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)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(yùn)動(dòng)，位移減小，彈力隨之減小。振子經(jīng)過O繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，位移反向了，彈力也反向了，所以合力依然滿足這個(gè)F合=-kx式子。可見當(dāng)振子偏離平衡位置的時(shí)候，始終受到一個(gè)方向指向平衡位置，大小與位移成正比的力的作用，這個(gè)力就是我要講的回復(fù)力。它的大小始終等于F合=-kx，也正是在回復(fù)力的作用下振子才會(huì)在BOC之間來回震動(dòng)。1.出示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)情景圖片2.引導(dǎo)學(xué)生思考回答問題：?jiǎn)栴}1：振子的回復(fù)力由誰提供？問題2：回復(fù)力的大小和方向？回復(fù)力的定義①定義：振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)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(dá)式：F＝－kx（“-”號(hào)表示與位移x方向相反），k為比例系數(shù)，不同的振子k不同。④這個(gè)力和你學(xué)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(gè)力提供的，也可以是幾個(gè)力的合力提供。觀察簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)情形思考教師提出的問題3.討論如何定義回復(fù)力探討物理問題，引導(dǎo)學(xué)生建立物理概念探索新知：知識(shí)點(diǎn)二：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量明確一個(gè)概念，位移和我們以前學(xué)習(xí)的有些不一樣。位移是振子相對(duì)于平衡位置的位移的簡(jiǎn)稱。比如振子運(yùn)動(dòng)到P此時(shí)振子的位移是這個(gè)有向線段，同理振子由P運(yùn)動(dòng)到O此時(shí)的位移是零。同樣的振子由O運(yùn)動(dòng)到Q這段有向線段就是位移。以彈簧振子為例，分析運(yùn)動(dòng)的位移，速度，加速度，動(dòng)能，勢(shì)能等有些什么變化規(guī)律引導(dǎo)學(xué)生思考回答問題：?jiǎn)栴}：振子由P運(yùn)動(dòng)到A，位移是OA還是PA這段？2.播放動(dòng)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(guī)律呢？3.總結(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各物理量的變化規(guī)律4.引導(dǎo)學(xué)生記住表格，位移變大時(shí)，速度變小，位移變小時(shí)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(shí)，加速度變大，位移變小時(shí)加速度變小，總之加速度與位移變化情況相同的。5.播放動(dòng)圖展示各個(gè)量的變化情況觀看視頻、圖片、思考回答問題學(xué)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各物理量的變化規(guī)律理解并記憶表格內(nèi)容觀看動(dòng)圖明確簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中各個(gè)量的變化情況課堂練習(xí)例1(多選)物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列敘述中正確的是()A．平衡位置就是回復(fù)力為零的位置B．處于平衡位置的物體，一定處于平衡狀態(tài)C．物體到達(dá)平衡位置，合力一定為零D．回復(fù)力的方向總是指向平衡位置【答案】：AD【解析】：由回復(fù)力及平衡位置的定義可知，平衡位置時(shí)回復(fù)力為零，選項(xiàng)A、D正確；物體停在平衡位置時(shí)處于平衡狀態(tài)，物體振動(dòng)至平衡位置時(shí)不一定處于平衡狀態(tài)，合力不一定為零，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤．例2（單選）彈簧振子在光滑的水平面上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，在振子向著平衡位置運(yùn)動(dòng)的過程中()A．振子所受的回復(fù)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(yùn)動(dòng)的過程中，振子所受的回復(fù)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(xiàng)C正確．例3、(單選）物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列敘述中正確的是()A．平衡位置就是回復(fù)力為零的位置B．處于平衡位置的物體，一定處于平衡狀態(tài)C．物體到達(dá)平衡位置，合力一定為零D．物體到達(dá)平衡位置，回復(fù)力一定為零【答案】：AD【解析】：本題考查簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)平衡位置這一知識(shí)點(diǎn)，并考查了處于平衡位置時(shí)回復(fù)力和物體所受合力等問題。應(yīng)注意平衡位置是回復(fù)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像，在0→1.5s范圍內(nèi)回答下列問題。（1）哪些時(shí)刻物體的回復(fù)力與0.4s時(shí)的回復(fù)力相同？（2）哪些時(shí)刻物體的速度與0.4s時(shí)的速度相同？（3）哪些時(shí)刻的動(dòng)能與0.4s時(shí)的動(dòng)能相同？（4）哪段時(shí)間的加速度在減??？（5）哪段時(shí)間的勢(shì)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(jié)利用思維導(dǎo)圖引導(dǎo)學(xué)生完成主板書設(shè)計(jì)2.3簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力①定義:振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)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