2.2 简谐运动的回复力和能量 课时教案（表格式）2025--2026年沪科版高二上学期物理选择性必修第一册

2.2《简谐运动的回复力和能量》课时教案 学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时 教材 沪科版选择性必修第一册 授课类型 新授课 第1课时 教材分析 教材分析 本节内容位于沪科版高中物理选择性必修第一册第二章第二节，是“机械振动”单元的核心知识之一。在学生已学习简谐运动的基本概念、位移-时间图像及描述参数的基础上，进一步从动力学和能量角度深入剖析简谐运动的本质特征。教材通过弹簧振子模型引入回复力的概念，推导出回复力与位移的关系F = -kx，并结合动能与势能的转化规律分析系统的能量守恒特性。该节内容不仅深化了对牛顿第二定律的应用，也为后续学习单摆、受迫振动与共振打下坚实基础，在整个力学体系中具有承上启下的关键作用。 学情分析 高二学生已经掌握了匀变速直线运动、牛顿运动定律、功与能等基础知识，具备一定的抽象思维能力和数学建模能力。通过前一节的学习，学生对简谐运动的运动学特征已有初步认识，能够理解位移随时间周期性变化的特点。然而，从动力学视角理解“回复力”的本质及其方向与位移关系仍存在认知障碍；同时，将弹性势能与位置关联、分析动能与势能动态转换过程也较难形成直观图景。此外，部分学生在运用矢量思想分析变力作用下的加速度变化趋势时容易出现逻辑混乱。因此，教学中需借助实验演示、动态模拟和情境化问题驱动，帮助学生建立清晰的物理图景，突破思维瓶颈。 课时教学目标 物理观念 1. 理解简谐运动中回复力的来源及其表达式F = -kx的物理意义，掌握其方向始终指向平衡位置的基本特征。 2. 掌握弹簧振子系统在振动过程中动能与弹性势能相互转化的规律，理解总机械能守恒的条件与内涵。 科学思维 1. 能基于牛顿第二定律和胡克定律推导简谐运动的动力学方程，体会理想化模型构建的思想方法。 2. 运用图像法分析位移、速度、加速度、回复力及能量随时间的变化关系，提升多变量综合分析能力。 科学探究 1. 通过观察气垫导轨上的弹簧振子实验现象，提出关于回复力与位移关系的科学猜想，并设计简单方案进行验证。 2. 利用传感器采集振动过程中的速度与位移数据，计算并绘制动能、势能和总能量曲线，体验数字化实验探究的过程。 科学态度与责任 1. 在探究活动中培养实事求是的科学态度，尊重实验数据，勇于修正错误假设。 2. 认识到简谐运动广泛存在于自然界（如分子振动、声波传播），体会物理学对解释自然现象的重要价值。 教学重点、难点 重点 1. 简谐运动的回复力表达式F = -kx的理解与应用。 2. 弹簧振子系统中动能与弹性势能的周期性转化及机械能守恒。 难点 1. 理解负号“-”在F = -kx中的矢量含义———即回复力方向始终与位移方向相反。 2. 建立能量随时间和位置变化的动态图像，理解最大位移处势能最大而动能为零、平衡位置动能最大而势能最小的能量分布规律。 教学方法与准备 教学方法 情境探究法、实验观察法、讲授引导法、合作讨论法 教具准备 气垫导轨与滑块弹簧系统、位移传感器、速度传感器、数据采集器、计算机投影系统、PPT课件、动画视频 教学环节 教师活动 学生活动 情景导入：振动之美 【5分钟】 一、创设情境，激发兴趣 （一）、播放自然与科技中的振动现象视频 教师利用多媒体播放一段精心剪辑的视频：清晨露珠在蛛网上微微颤动、微风吹拂下桥梁的轻微晃动、音叉发出声音时两臂的快速振动、心脏跳动的心电图波形、地震仪记录的地动曲线，最后定格在一个光滑水平面上连接弹簧的小车来回滑动的画面。画面静止后，教师缓缓提问：“这些看似不同的现象背后，是否隐藏着某种共同的运动规律？”引导学生思考这些往复运动的本质特征。 （二）、回顾旧知，引出问题链 教师指着最后一个弹簧振子画面说：“这是我们熟悉的弹簧振子模型。上节课我们学习了它做的是简 ... ...