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2019 人教版高中物理选修第一册《第二章 机械振
动》大单元整体教学设计[2020 课标]
一、内容分析与整合
二、《普通高中物理课程标准(2017 年版 2020 年修订)》分解
三、学情分析
四、大主题或大概念设计
五、大单元目标叙写
六、大单元教学重点
七、大单元教学难点
八、大单元整体教学思路
九、学业评价
十、大单元实施思路及教学结构图
十一、大情境、大任务创设
十二、单元学历案
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十三、学科实践与跨学科学习设计
十四、大单元作业设计
十五、“教-学-评”一致性课时设计
十六、大单元教学反思
一、内容分析与整合
(一)教学内容分析
《机械振动》是高中物理选修第一册的重要内容,它不仅在经典力学中占
有重要地位,也是后续学习波动、声学等物理学分支的基础。本章主要介绍了
简谐运动、简谐运动的描述、简谐运动的回复力和能量、单摆、用单摆测量重
力加速度、受迫振动和共振等知识点。
简谐运动:作为最基本的振动形式,简谐运动具有周期性、对称性和回复
力的特点。通过弹簧振子和小球在光滑圆弧面上的运动等实例,学生可以直观
地理解简谐运动的概念,并学会用正弦函数来描述简谐运动的位移与时间关系。
简谐运动的描述:为了定量地描述简谐运动,引入了振幅、周期、频率和相位
等物理量。通过振动图像( x-t 图像)和振动表达式( x=Asin(ωt+ φ ) ),学生
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可以深入地理解简谐运动的特征,并学会根据图像和表达式计算简谐运动的各
个物理量。
简谐运动的回复力和能量:回复力是使物体回到平衡位置的力,它是简谐
运动得以维持的关键。通过分析弹簧振子和单摆的回复力,学生可以理解回复
力的特点,并掌握计算回复力的方法。简谐运动过程中动能和势能的相互转化
也是本章的重点内容之一,通过能量守恒定律,学生可以理解简谐运动过程中
能量的变化规律。
单摆:单摆是一种典型的简谐运动模型,它具有周期稳定、易于观察的特
点。通过单摆实验,学生可以直观地观察到简谐运动的周期性,并学会用惠更
斯的周期公式计算单摆的周期。单摆也是测量重力加速度的重要工具之一,通
过用单摆测量重力加速度的实验,学生可以掌握测量重力加速度的方法。
实验:用单摆测量重力加速度:这是一个重要的物理实验,它不仅可以验
证单摆的周期公式,还可以用来测量所在地的重力加速度。通过实验,学生可
以掌握基本的物理实验技能,如测量、记录和数据处理等。
受迫振动和共振:受迫振动是物体在周期性外力作用下的振动,它的频率
等于驱动力的频率。而共振则是在驱动力频率等于物体固有频率时发生的受迫
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振动,此时物体的振幅达到最大。通过受迫振动和共振的实验,学生可以直观
地观察到共振现象,并理解其在实际生活中的应用。
(二)单元内容分析
本单元内容涵盖了机械振动的各个方面,从简谐运动的基本概念到受迫振
动和共振的复杂现象,既有理论推导也有实验验证。具体来说,本单元内容可
以分为以下几个部分:
简谐运动的基本概念:包括简谐运动的定义、特征、位移与时间关系等。
这是理解后续内容的基础,也是培养学生物理观念的重要环节。
简谐运动的描述方法:包括振幅、周期、频率、相位等物理量的定义和计
算方法,以及振动图像和振动表达式的应用。这是培养学生科学思维的重要途
径,也是解决实际问题的重要工具。
简谐运动的回复力和能量:包括回复力的特点、计算方法和能量守恒定律
在简谐运动中的应用。这是理解简谐运动本质的关键,也是培养学生科学探究
能力的重要环节。
单摆实验和重力加速度的测量:包括单摆实验的原理、方法和数据处理,
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以及用单摆测量重力加速度的应用。这是培养学生实验技能和科学态度的重要
途径,也是验证理论知识的重要手段。
受迫振动和共振现象:包括受迫振动的定义、特点和共振现象的观察、解
释和应用。这是理解复杂振动现象的基础,也是培养学生解决实际问题能力的
重要环节。
(三)单元内容整合
本单元内容虽然涵盖了机械振动的各个方面,但各个部分之间并不是孤立
的,而是相互联系的。为了 帮助 学生更 好 地理解和掌握本章内容, 需 要对单元
内容 进行 整合和 优 化。具体来说,可以从以下几个方面入手:
理论教学与实验教学相 结 合:在理论教学过程中 穿插 实验教学,通过实验
验证理论知识,加深学生对理论知识的理解。例如,在介绍简谐运动的基本概
念后,可以 安排 学生 进行 弹簧振子实验,观察简谐运动的周期性、对称性和回
复力等特点。
定性分析与定量分析相 结 合:在定性分析的基础上引入定量分析,通过数
学表达式和图像等工具来描述和解释物理现象。例如,在介绍简谐运动的描述
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方法时,可以引入振动表达式和振动图像等工具来定量地描述简谐运动的特征。
知识 拓展 与应用实 践 相 结 合:在掌握基础知识的基础上 拓展 知识面, 将 所
学知识应用到实际问题中 去 。例如,在介绍单摆实验后,可以引导学生思 考 如
何利 用单摆来测量 建筑 物的摆动周期 或 地 震 波的 传播 速度等实际问题。
培养物理观念与科学思维相 结 合:在 传授 知识的过程中 注 重培养学生的物
理观念和科学思维,引导学生学会用物理学的 视角去 观察 世界 、思 考 问题。例
如,在介绍共振现象时,可以引导学生思 考 如 何利 用共振现象来 提 高机 器 的工
作 效 率 或减 小 噪音污染 等实际问题。
二、《普通高中物理课程标准( 2017 年版 2020 年修订)》分解
(一)物理观念
形 成 机械振动的物理观念:
学生能 够 理解机械振动是 自 然 界 中 普遍存 在的一种运动形式,能 够 识 别出
哪些 运动 属 于机械振动。
学生能 够 理解简谐运动是最基本的振动形式之一,具有周期性、对称性和
回复力等特点。
学生能 够 理解振幅、周期、频率、相位等物理量的 意 义,并能 够 用这 些 物
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理量来描述简谐运动的特征。
理解机械振动中的能量转化:
学生能 够 理解简谐运动过程中动能和势能的相互转化规律,知 道 动能最大
时势能最小,势能最大时动能最小。
学生能 够 理解机械能守恒定律在简谐运动中的应用,知 道 在 只 有重力 或 弹
力 做功 的 情况 下机械能 保 持不变。
认 识单摆作为一种特 殊 的简谐运动:
学生能 够 理解单摆是一种典型的简谐运动模型,具有周期稳定、易于观察
的特点。
学生能 够 理解单摆的周期公式及其推导过程,知 道 周期与摆 长 、重力加速
度的关系。
理解受迫振动和共振现象:
学生能 够 理解受迫振动是物体在周期性外力作用下的振动现象,其频率等
于驱动力的频率。
学生能 够 理解共振现象是在驱动力频率等于物体固有频率时发生的受迫振
动现象,此时物体的振幅达到最大。
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(二)科学思维
运用科学思维方法分析简谐运动:
学生能 够 运用 抽 象思维和模型 构建 的方法 将 实际生活中的振动现象简化为
简谐运动模型 进行 分析和 研 究。
学生能 够 运用数学思维和 逻辑 推理的方法推导 出 简谐运动的位移与时间关
系表达式,并理解其物理 意 义。
运用科学思维方法分析单摆实验:
学生能 够 运用 控制 变量法和 误差 分析法等科学实验方法 设 计和实 施 单摆实
验, 准确 测量 出 摆 长 和周期等物理量。
学生能 够 运用数据分析和图像处理方法对实验数据 进行 处理和分析,得 出
单摆的周期公式并验证其正 确 性。
运用科学思维方法分析受迫振动和共振现象:
学生能 够 运用 类比 推理和模型 构建 的方法 将 受迫振动和共振现象与其 他 物
理现象 进行类比 和分析。
学生能 够 运用数学思维和 逻辑 推理的方法推导 出 受迫振动和共振现象的发
生 条件 和 影响因素 ,并理解其物理 意 义。
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(三)科学探究
进行 简谐运动实验探究:
学生能 够设 计并实 施 简谐运动实验方 案 ,观察并记录弹簧振子 或 小球在光
滑圆弧面上的运动 情况 。
学生能 够 运用数据分析和图像处理方法对实验数据 进行 处理和分析,得 出
简谐运动的位移与时间关系表达式并验证其正 确 性。
进行 单摆实验探究:
学生能 够设 计并实 施 单摆实验方 案 , 准确 测量 出 摆 长 和周期等物理量并计
算 出 重力加速度 值 。
学生能 够 分析实验 误差 来 源 并 提出改进措施 以 提 高实验 精 度和可 靠 性。
进行 受迫振动和共振现象实验探究:
学生能 够设 计并实 施 受迫振动和共振现象实验方 案 ,观察并记录物体在不
同 驱动力频率下的振动 情况 。
学生能 够 分析实验 结果 并得 出结 论: 当 驱动力频率等于物体固有频率时发
生共振现象 且 振幅达到最大 ;当 驱动力频率不等于物体固有频率时发生受迫振
动现象 且 振幅 较 小。
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( 四 )科学态度与 责任
培养 严谨求 实的科学态度:
学生在实验过程中要 严格遵 守实验规则和 操 作规程, 认真 记录实验数据和
观察 结果 。
学生在处理实验数据时要 采 用科学的方法和手段 进行 数据分析和图像处理,
确保 实验 结果 的 准确 性和可 靠 性。
培养 勇 于探 索 的科学 精神 :
学生在面对复杂的物理问题时要 敢 于 挑战自我 、 勇 于探 索未 知 领域 , 积极
寻求 解决问题的 新 思 路 和 新 方法。
学生在学习和 研 究过程中要 保 持 好奇心 和 求 知 欲 ,不 断 探 索新 的物理现象
和规律以 丰富自己 的知识 储备 。
培养环 境保护 和 社 会 责任感 :
学生在学习过程中要关 注 环 境保护 问题并 积极参 与环 保 活动,为 保护 环 境
贡献自己 的力量。
学生在学习过程中要关 注社 会问题并 积极参 与 社 会实 践 活动, 将 所学知识
应用到实际问题中 去 为 社 会 做出贡献 。