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《简谐运动》教学设计【教材分析】本节是人教版选修3-4第十一章《机械振动》第一节《简谐运动》。
机械振动是较复杂的机械运动，振动的知识在实际生活中有很多应用（如心电图、核磁共振仪、地震仪、钟摆等），可以使学生联系实际，扩大知识面；同时，也是以后学习波动知识的基础。
因此，学好此章内容，具有承上启下的作用。
《简谐运动》是《机械振动》这一章中最基本而又最重要的一节，是全章的基础。
本节课首先通过学生身边和生活中实际的例子引出振动的概念；而后从简单到复杂、从特殊到一般的思路，从运动学的角度认识弹簧振子，通过手机拍摄频闪照片的方法得出弹簧振子的图象；再通过分析揭示出弹簧振子的位移-时间图象是正弦式曲线，然后从其运动学特征给出了简谐运动的定义，并进一步引导学生认识简谐运动是一种较前面所学的直线运动、曲线运动更复杂的机械运动；最后回归生活和应用举例，使学生知道机械振动是一种普遍的运动形式。
【学情分析】现阶段高二的学生已具有运动学和动力学的基本知识，对高中物理的学习要求和方法已具有一定的认识，但在大小和方向都做周期性变化的力的作用下的物体运动还是第一次遇到，对这种运动模式的运动形式没有抽象认识；很难对较为复杂的运动有清晰的认识。
为此，如何帮助他们建立合理的简谐运动情景是教学的关键。
心理学研究表明，在学生的学习中调动眼、耳、口等各种感觉器官共同参与学习过程，则学习效率将得到极大的提高；而建构主义学习理论所要求的学习环境必须具备的基本要素是“情景创设”、“协商会话”和“信息资源提供”。
为此在课堂教学上首先通过实验演示给学生以直观的感受，创设学习的良好情景；再引导学生观察、思考、讨论得出初步的简谐运动规律，然后再次通过观察、思考、讨论得出正确而科学的结论。
由此培养学生的观察能力、空间想象能力、协同学习的能力和科学的思维能力，使学生的学习过程变得轻松而高效，并且同步培养学生自主学习的能力，为学生的可持续发展提供必要的训练。
【金版教程】高中物理 11-1 简谐运动课时精练 新人教版选修3-41. 下列关于简谐运动的说法中，正确的是( )A ．简谐运动是最简单、最基本的振动B ．简谐运动的图象是正弦(或余弦)曲线C ．弹簧振子的平衡位置一定在弹簧原长处D ．振子经过平衡位置时，瞬时速度为零E ．简谐运动的轨迹一定是正弦曲线解析：竖直方向运动的弹簧振子，平衡位置处弹簧伸长量x ＝mg k，C 错；振子经过平衡位置时速度最大，D 错，简谐运动的轨迹为正弦或余弦曲线，E 错。
答案：AB2. 做简谐运动的物体每次经过同一位置时，都具有相同的( )A ．加速度B ．动能C ．位移D ．速度 解析：同一位置位移相同，物体受力相同，加速度相同，速度大小以及动能相同，但速度方向有两种可能，A 、B 、C 对，D 错。
答案：ABC3. 在右图中，当振子由A 向平衡位置O 运动时，下列说法正确的是( )A ．振子的位移在减小B ．振子的运动方向向左C ．振子的位移方向向左D ．振子的位移大小在增大解析：造成错解的原因就在于对本节中位移的概念把握不准，从而忽视位移的参考点造成的。
本题中位移的参考点应是O 点，所以C 、D 错误。
由于振子在O 点的右侧由A 向O 运动，所以振子的位移方向向右，且大小在不断减小，故正确答案为A 、B 。
答案：AB4. 如图所示是某质点做简谐运动的振动图象，该质点第一次速度达到负向最大的时刻是( )A．0.1 s B．0.2 sC．0.3 s D．0.4 s解析：从振动图象可以看出，t＝0时振子位于正最大位移处，0～0.2 s振子从正最大位移运动到负最大位移，速度为负，到达平衡位置即0.1 s时速度最大，0.2 s时振子速度为零，0.3 s时振子速度最大，速度为正，0.4 s时速度为零，选项A正确。
答案：A5. 弹簧振子做简谐运动的图象如图所示，在t1到t2这段时间内( )A．振子速度方向不变，加速度方向不变B．振子速度方向不变，加速度方向改变C．振子速度方向改变，加速度方向不变D．振子速度方向改变，加速度方向改变解析：从振动图象可以看出在t1到t2这段时间内，振子在从正最大位移向负最大位移运动，速度方向不变，加速度方向改变，选项A、C、D错误，选项B正确。
简谐运动
在同一个位置上小球的位
同？这个问题可以考查学生对物理量（特别是矢量）的理解程度，应让广泛的学生参与。
点特点
点作分析，从面体会简谐运动的
图示为放在光滑水平面上在
A、B间运动的弹簧振子。
(1)小球途经C时,其相对平衡
位置的位移是否一定相同？所受合
外力是否一定相同？
(2)若C点和D点关于位置O
对称,小球在C点和D点的位移有什
么关系?与小球的速度方向有关吗?
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探究问题
注意引导学生如何准确简捷地表述小组讨论后的结论。
同时也形成认真倾听他人观点
如图所示的弹簧振子,小球在
水平方向做简谐运动,O点为小球的
平衡位置,A、B为其左右两端的最
大位移位置。
分析小球的速度如何
变化? 总结其变化特点。
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正弦函数的方程式即是数学表达式，也是有物理意义的物理方程。
将两者统一起来需要一个过程，学生的认识不可能一步到位，教师一定要让学生有个体会过程，不可越俎代
图为某弹簧振子的位移图象,
若此图象为正弦曲线,则弹簧振子
的振动周期为多少?振子离开平衡
位置的最大位移为多少?根据数学
知识写出此正弦函数的方程式。
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板书设计§11.1简谐运动。
11.2、简谐运动的描述示范教案教学目标：1．知道简谐运动的振幅、周期和频率的含义。
2．理解周期和频率的关系。
3．知道振动物体的固有周期和固有频率，并正确理解与振幅无关。
重点难点：振幅、周期和频率的物理意义；理解振动物体的固有周期和固有频率与振幅无关。
教学方法：实验观察、讲授、讨论，计算机辅助教学。
教具：弹簧振子，音叉，教学过程1．新课引入上节课讲了简谐运动的现象和受力情况。
我们知道振子在回复力作用下，总以某一位置为中心做往复运动。
现在我们观察弹簧振子的运动。
将振子拉到平衡位置O的右侧，放手后，振子在O点的两侧做往复运动。
振子的运动是否具有周期性？在圆周运动中，物体的运动由于具有周期性，为了研究其运动规律，我们引入了角速度、周期、转速等物理量。
为了描述简谐运动，也需要引入新的物理量，即振幅、周期和频率。
2．新课讲授实验演示：观察弹簧振子的运动，可知振子总在一定范围内运动。
说明振子离开平衡位置的距离在一定的数值范围内，这就是我们要学的第一个概念——振幅。
（1）、振幅A：振动物体离开平衡位置的最大距离。
我们要注意，振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离，而不是最大位移。
这就意味着，振幅是一个数值，指的是最大位移的绝对值。
【板书】2、振动的周期和频率（1）、振动的周期T：做简谐运动的物体完成一次全振动的时间。
振动的频率f：单位时间内完成全振动的次数。
（2）、周期的单位为秒（s）、频率的单位为赫兹（Hz）。
实验演示：下面我们观察两个劲度系数相差较大的弹簧振子，让这两个弹簧振子开始振动，用秒表或者脉搏计时，比较一下这两个振子的周期和频率。
演示实验表明，周期越小的弹簧振子，频率就越大。
【板书】(3)、周期和频率都是表示振动快慢的物理量。
两者的关系为：T=1/f 或 f=1/T举例来说，若周期T=0.2s，即完成一次全振动需要0.2s，那么1s内完成全振动的次数，就是1/0.2=5s-1.也就是说，1s钟振动5次，即频率为5Hz.【板书】3、简谐运动的周期或频率与振幅无关实验演示（引导学生注意听）：敲一下音叉,声音逐渐减弱,即振幅逐渐减小,但音调不发生变化,即频率不变.【板书】振子的周期(或频率)由振动系统本身的性质决定,称为振子的固有周期或固有频率.例如:一面锣,它只有一种声音,用锤敲锣,发出响亮的锣声, 锣声很快弱下去,但不会变调.摆动着的秋千,虽摆动幅度发生变化,但频率不发生变化.弹簧振子在实际的振动中, 会逐渐停下来,但频率是不变的.这些都说明所有能振动的物体,都有自己的固有周期或固有频率.巩固练习:1．A、B两个完全一样的弹簧振子，把A振子移到A的平衡位置右边10cm，把B振子移到B的平衡位置右边5cm，然后同时放手，那么：A.A、B运动的方向总是相同的.B.A、B运动的方向总是相反的.C.A、B运动的方向有时相同、有时相反.D.无法判断A、B运动的方向的关系.作业1．动手作业：同学们自己制作一个弹簧振子,观察其运动.分别改变振子振动的振幅、弹簧的劲度和振子的质量，其周期和频率是否变化?2．书面作业：把课本10页练习二（1）、(2)题做在练习本上.。
人类生活在运动的世界里,振动就是其中一种较为常见的形式,如图所示的钟表利用了钟摆的振动来进行计时,蹦极运动的运动员利用弹性绳沿竖直方向上下运动,琴弦的振动让人们欣赏到优美的音乐,地震可能会给人类带来巨大的灾难……振动现象比比皆是,与我们的生活密切相关。
因此,认识并理解振动,掌握物体振动的规律很有必要。
振动的物体千姿百态,各物体的振动情况也不尽相同,不可能对所有物体的振动规律全部描述一遍,但我们仍用研究问题的基本方法来研究振动——将复杂的振动看成几个简单振动的合振动。
在本章中,我们着重分析两种最简单的振动模型,学习如何描述振动,掌握两种简单振动模型所具有的性质。
课时11.1 简谐运动 1.知道什么是弹簧振子,领会弹簧振子是理想化模型。
2.通过观察和分析,理解简谐运动的位移—时间图象是一条正弦曲线。
3.经历对简谐运动的运动学特征的探究过程,加深领悟用图象描绘运动的方法。
重点难点:理解简谐运动的概念,理解简谐运动位移—时间图象的意义。
教学建议:对于本节课的教学,首先通过学生身边和生活中实际的例子引出振动的概念;而后按从简单到复杂、从特殊到一般的思路,从运动学的角度认识弹簧振子,通过演示实验得出弹簧振子的振动图象;再通过数据分析揭示出弹簧振子的位移—时间图象是正弦曲线,然后从其运动学特征给出简谐运动的定义,并进一步引导学生认识简谐运动是一种较前面所学的直线运动、曲线运动更复杂的机械运动;最后回归生活和应用举例,使学生知道机械振动是一种普遍的运动形式。
导入新课:随着社会经济的发展,我国高层建筑与超高层建筑越来越多。
高层建筑受地面震动和风力的影响较大,其力学稳定性很重要。
建筑受到风荷载的作用,高度增加,横向振幅增大。
例如,100层建筑横向振幅达1 m左右。
从本节开始,我们要学习物体振动所遵循的规律。
1.弹簧振子(1)平衡位置:做往复运动的物体原来①静止时的位置叫作平衡位置。
(2)机械振动:物体(或者物体的一部分)在②平衡位置附近所做的③往复运动,叫作机械振动,简称④振动。
选修3-4 11.1《简谐运动》教学设计一、本节教材分析简谐运动是最简单、最基本、最有规律性的机械振动，通过学习，使学生既了解到机械振动的基本特点，又体会到振动这种运动形式较直线运动、曲线运动都要复杂.在本节教材中研究弹簧振子的振动情况时，忽略了摩擦力和弹簧的质量，应让学生认真领会这种理想化的方法.二、教学三维目标（一）知识与技能1.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，了解简谐运动的若干实例.2.理解简谐运动在一次全振动过程中位移、回复力、加速度、速度的变化情况.3.知道简谐运动是一种理想化模型以及在什么条件下可以把实际发生的振动看作简谐运动.（二）过程与方法1.通过对简谐运动中位移、回复力、加速度、速度等物理量间变化规律的综合分析，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.2.本节中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.(三) 情感态度与价值观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三、教学重点1.什么是简谐运动.2.简谐运动中回复力的特点.3.简谐运动过程中的位移、回复力、加速度和速度的变化规律.四、教学难点物体做简谐运动过程中的位移、回复力、加速度、速度的变化规律.五、教学方法1.关于机械振动概念的得出，采用实验演示、多媒体展示、阅读、归纳等综合教法.2.关于弹簧振子和简谐运动规律的教学，采用多媒体模拟展示，结合运动学、动力学相关公式推导表对比等教学方法.六、教学过程设计首先用多媒体出示本节课的教学目标（一）同学们观察动画: 蝴蝶翅膀的振动，小提琴发声实验演示：弹簧的下面挂着一个小球，拉动小球时，小球的运动提出问题：（让学生思考并回答）1、蝴蝶翅膀的振动和小球的运动有什么共同特点？（都在平衡位置附近做往复运动）2、它们为什么会做这样的运动？（受到外力的作用）从而得出机械振动的概念：物体在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动，通常简称振动。
11.1 简谐运动
教学目标
1．知识与技能
（1）知道弹簧振子理想模型和简谐运动的运动学定义；
（2）知道弹簧振子的振动图象是一条正弦曲线，并理解振动图象的物理意义；
（3）理解振动图象“时间轴”的展开过程，会将底片的位移转换成振动时间.
2．过程与方法
（1）引导学生经历探究“弹簧振子振动图象”的过程，发展学生“猜想假设”、“设计实验”、“处理数据”、“分析论证”和“误差分析”的能力，培养学生思维的灵活性和深刻性；
（2）引导学生经历误差分析的过程，让学生体验建立物理模型的思想方法.
3．情感态度与价值观
（1）通过对弹簧振子振动图象的探究，培养学生认真、合作、实事求是的科学态度，同时让学生体验成功探究的快乐，增强学生参与科学探究的兴趣；
（2）观察生活事例，了解实际应用，培养热爱科学、乐于探究的品质，增强学生的实践意识.
教学重点
（1）弹簧振子的位移概念；
（2）弹簧振子的振动图象是一条正弦曲线.
教学难点
（1）弹簧振子的位移概念；
（2）设计实验方案确定弹簧振子在各个不同时刻位移；
（3）论证弹簧振子的振动图象是一条正弦曲线的思路和方法.
教学资源
太阳能摇摆花、水摆（由饮料瓶制成）、气垫导轨、气源、弹簧振子（改装滑块）、在竖直方向振动的弹簧振子、弹簧振子频闪照片、教师自拍的弹簧振子实验视频、“豪杰解霸”视频播放软件、多媒体教学课件.
教学流程
教学过程。
11.1简谐运动
学习目标：
（1）了解什么是机械振动；
（2）掌握简谐运动回复力的特征；
（3）掌握从图形图象分析简谐振动位移随时间变化的规律;
（4）通过简谐运动图象分析回复力,加速度,速度随时间变化规律
学习重点：使学生掌握简谐运动的回复力特征及相关物理量的变化规律
学习难点：偏离平衡位置的位移与位移的概念容易混淆；在一次全振动中速度的变化
1．阅读教材“弹簧振子”回答：
（1）平衡位置：振子原来时的位置.
（2）物体(或物体的一部分)在位置附近所做的运动，叫做机械振动，简
称 .
（3）如果球与杆之间的可以，且弹簧的质量与小球的质量相比也可以，则该装置为.弹簧振子是小球和弹簧所组成的系统，是一种理想化的模型.
2．阅读教材“弹簧振子的位移—时间图象”回答：
（1）图象的建立：用横坐标表示振动物体运动的，纵坐标表示振动物体运动过程中对于平衡位置的，建立坐标系.
（2）图象意义：反映了振动物体相对平衡位置的随变化的规律.
（3）振动位移：通常以平衡位置为位移起点，所以振动位移方向总背离平衡位置.
3．阅读教材“简谐运动及其图象”回答：
自主学习：如图所示，质点的位移与时间的关系遵从的规律，即它的振动图象(x-t图象)是一条曲线，这样的振动叫做简谐运动.
新知探究一：弹簧振子
探究1：什么是机械振动及其特点？
定义：
特点：①②
探究2：什么是弹簧振子？弹簧振子的理想化条件是什么？
定义：
条件：①②③
新知探究二：弹簧振子的位移—时间图象(x-t图象)
探究：教材是用频闪照片获得弹簧振子的位移—时间图象的,在“做一做”中用数码相机和计算机绘制小球运动的x-t图象.这种方法叫频闪照相法.
①频闪照相法：以小球的为坐标原点，沿运动方向建立坐标轴.规定小球在平衡位置右边时，位移为正，在平衡位置左边时，位移为负.摄像底片从下向上运动，底片运动的距离与时间成正比.因此，可用底片运动的距离代表时间轴.
②意义：振子的频闪照片反映了.也就是.
③位移、加速度、速度变化情况
总结：振动物体的位移与运动学中的位移含义不同，振子的位移总是相对于而言的，即初位置是，末位置是振子.因而振子对平衡位置的位移方向始终平衡位置.
典型例题：
[例1]关于机械振动的位移和平衡位置，以下说法中正确的是（）
A．平衡位置就是物体振动范围的中心位置
B．机械振动的位移总是以平衡位置为起点的位移
C．机械振动的物体运动的路程越大，发生的位移也越大
D．机械振动的位移是指振动物体偏离平衡位置最远时的位移
[例2]如图甲所示为一弹簧振子的振动图象，规定向右的方向为正方向，试根据图象分析以下问题
(1)如图甲所示的振子振动的起始位置是________，从初始位置开始，振子向________(填“右”或“左”)运动.
(2)在图乙中，找出图象中的O、A、B、C、D各对应振动过程中的哪个位置？即O对应________，A对应________，B对应________，C对应________，D对应________.
(3)在t＝2 s时，振子的速度的方向与t＝0时速度的方向________.
(4)质点在前4 s内的位移等于________.
[例3]如图所示是某质点做简谐运动的图象，根据图象中的信息，回答下列问题：
(1)质点离开平衡位置的最大距离有多大？
(2)在1.5 s和2.5 s两个时刻，质点向哪个方向运动？
(3)质点在第2 s末的位移是多少？在前4 s内的路程是多少？
[例4]一质点做简谐运动的图象如图所示，下列说法正确的是（）
A．质点振动频率是4 Hz
B．在10 s内质点经过的路程是20 cm
C．第4 s末质点的速度为零
D．在t＝1 s和t＝3 s两时刻，质点位移大小相等、方向相同
[例5]如图所示为某物体做简谐运动的图象，下列说法中正确的是（）
A．由P→Q位移在增大
B．由P→Q速度在增大
C．由M→N位移是先减小后增大
D．由M→N位移始终减小
课堂练习：
1．一个质点做简谐运动，当它每次经过同一位置时，一定相同的物理量是（）
A．速度B．加速度C．速率D．动量
2．关于简谐运动的位移、加速度和速度的关系，下列说法中正确的是（）
A．位移减少时，加速度减少，速度也减少
B．位移方向总是跟加速度方向相反，跟速度方向相同
C．物体的运动方向指向平衡位置时，速度方向跟位移方向相反；背离平衡位置时，速度方向跟位移方向相同
D．物体向负方向运动时，加速度方向跟速度方向相同；向正方向运动时，加速度方向跟速度方向相反
3．弹簧振子以O点为平衡位置，在水平方向上的A、B两点间做简谐运动，以下说法正确的是（）
A．振子在A、B两点时的速度和位移均为零
B．振子在通过O点时速度的方向将发生改变
C．振子所受的弹力方向总跟速度方向相反
D．振子离开O点的运动总是减速运动，靠近O点的运动总是加速运动
4．如图所示是质点做简谐运动的图象，由此可知（）
A．t＝0时，质点位移、速度均为零
B．t＝1 s时，质点位移最大，速度为零，加速度最大
C．t＝2 s时，质点的位移为零，速度负向最大，加速度为零
D．t＝4 s时，质点停止运动
5．如图所示表示某质点简谐运动的图象，以下说法正确的是（）
A．t1、t2时刻的速度相同
B．从t1到t2这段时间内，速度与加速度同向
C．从t2到t3这段时间内，速度变大，加速度变小
D．t1、t3时刻的加速度相同
——★参考答案★——
1．（1）静止（2）平衡往复振动（3）忽略忽略弹簧振子
2．（1）时间t 位移x（2）位移x时间t
3．自主学习：正弦函数正弦曲线
新知探究一：探究1：物体在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动，简称振动.
①存在某一中心位置②往复运动
探究2：小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子,有时也把这样的小球称做弹簧振子或简称振子.
①忽略摩擦力等各种阻力；②小球看成质点；③忽略弹簧质量
新知探究二：探究：①平衡位置匀速
②不同时刻振子离开平衡位置的位移位移随时间变化的规律
③
总结：平衡位置平衡位置所在的位置
典型例题：例1.B [解析]平衡位置是物体可以静止时的位置，所以应与受力有关，与是否为振动范围的中心位置无关.如乒乓球竖直落在台上的运动是一个机械振动，显然其运动过程的中心位置应在台面上，所以A不正确；振动位移是以平衡位置为初始点，到质点所在位置的有向线段，振动位移随时间而变，振子偏离平衡位置最远时，振动物体振动位移最大，所以只有选项B正确.
例2. (1)平衡位置O右(2)E G E FE(3)相反(4)0
[解析]由图象可知，起始位置位移为零，而位移是指由平衡位置指向振子所在位置的有向线段的长度，故起始位置应在平衡位置；O、B、D点位移为零，对应平衡位置E，A点为正向最大位移，
对应位置为G，C点为负向最大位移，对应位置为F；t＝0时，切线斜率为正，说明振子向正方向运动，t＝2 s时，切线斜率为负，说明振子向负方向运动，则两时刻速度方向相反；振子从平衡位置运动4 s，恰好又回到平衡位置，故位移为零.
例3. (1)10 cm(2)向平衡位置运动背离平衡位置运动(3)040 cm
[解析]由图象上的信息，结合质点的振动过程可作出以下回答：
(1)质点离开平衡位置的最大距离就是x的最大值10 cm；
(2)在1.5 s以后的时间质点位移减少，因此是向平衡位置运动，在2.5 s以后的时间位移增大，因此是背离平衡位置运动；
(3)质点在2 s时在平衡位置，因此位移为零.质点在前4 s内完成一个周期性运动，其路程10×4 cm ＝40 cm.
例4. B
例5. A、C
练习[答案]
1. B、C [解析]每次经过同一点x相同，弹力相同，但v、p只是大小一定相同.
2. C [解析]位移减少时，加速度减小，速度增大，A项错误；位移方向总是跟加速度方向相反，与速度方向有时相同，有时相反，B、D项错误，C项正确.
3. D [解析]振子在A、B两点时的速度为零，但位移为最大，故A错；振子经过O点时速度方向不变，故B错；弹力的方向有时也与速度方向相同，故C错.
4. B、C [解析]当t＝0时，质点的位移为零，所受回复力F＝0，加速度为零，此时质点在平衡位置具有沿x轴正方向的最大速度，故选项A错误；当t＝1 s时，质点的位移最大，因此受回复力最大，加速度负向最大，此时质点振动到平衡位置正方向的最大位移处，速度为零，选项B正确；t ＝2 s时，质点的位移为零，回复力为零，加速度为零，速度最大沿x轴负方向，因此选项C正确；根据振动图象可知，质点的振幅为10 cm，周期T＝4 s，因此D错误.
5. C、D。
