單擺教學設計

1、?單擺?教學設計【教學內(nèi)容】人教版2021年4月第3版?普通高中課程標準實驗教科書物理選修34?第十一章?機械振動?中第4節(jié)單擺【教學分析】1. 教材分析單擺的振動是簡諧運動的重要特例，教材中安排這節(jié)內(nèi)容， 不僅使學生了解一種典型的簡諧運動，而且也對前面所學的簡諧運動概念起到加深理解和穩(wěn)固的作用。本節(jié)教材首先給出一個理想模型一一單擺，結合生活經(jīng)驗與之前學習的知識，引導學生體驗、判斷單擺的運動是不是簡諧運動，然后通過演示實驗及其理論的分析得出單擺在擺角很小時的振動屬于簡 諧運動；后又要求用實驗方法定性分析單擺的周期及用單擺測量重力加速度。教學中涉及到了較多的物理思想方法，如理想模型法、近似法、圖

2、像法、控制變量法等，是高中物理的 重要內(nèi)容之一。這樣使教材的容量變大， 研究方法增多，對教師駕馭教材的能力提出了較高 要求。本節(jié)教材的重點是引導學生通過實驗，研究和探索物理規(guī)律，使學生在理解和掌握物理規(guī)律的同時，充分認識物理學是一門實驗科學，提高實驗操作和研究能力。2 學情分析(1 )思維根底學生已經(jīng)初步有了探究事物的一般方法，即 是什么？ 一 么樣？ 一 什么？ 的思維方法。根據(jù)新課程重視過程與方法的教學理念和高二學生由直觀認識向邏輯推理、實驗推理過渡階段的認識特點，本設計中就通過創(chuàng)設問題情景，鼓勵學生自己提出想要研究的問題。(2 )心理特點依據(jù)高中生求異思維很活潑的特點，通過實驗和多媒體手

3、段滿足學生渴望獲取新知識的需 求學生在強烈興趣名人事跡引入的驅(qū)使下，利用已有知識進行新規(guī)律的探究，既有挑戰(zhàn)性，也有成就感。3 已有知識學生對機械振動的初步了解。 在上這節(jié)課之前，通過前幾節(jié)內(nèi)容的學習， 學生知道了簡諧振 動的特點，通過生活中一種常見的模型 一一單擺，探究它的運動情況如何， 從而萌發(fā)了學生 繼續(xù)探究的興趣。4 學生學習本課可能遇到的困難和問題正確的理論分析單擺的振動是否滿足簡諧運動的條件，通過實驗定性定量分析單擺周期與擺長的關系，以及用單擺測量重力加速度時的實驗方法和操作所帶來的問題?！驹O計思想】本節(jié)設計的內(nèi)容有四：一是認識物理模型一一單擺，二是判斷單擺的振動是不是簡諧振動，三是

4、探究單擺的周期于什么因素有關，四是學會運用單擺測定重力加速度的方法?，F(xiàn)代教育理論認為，學生的學習過程實際上是一個以學生為認知主體，以學習內(nèi)容為對象與周圍環(huán)境相互作用，學生在原有知識根底上建構新知識從而到達學習目的的過程。依據(jù)新課程以人為本的理念和本節(jié)教學目標要求，在整個教學過程中突出學生體驗探究的主體地 位。教學中遵循教師的啟發(fā)、引導、總結和學生的自主探究的體驗實踐，由易到難、由特殊 到一般的分層推進的認知規(guī)律，讓學生比擬容易接受，從而突破難點內(nèi)容和突出重點內(nèi)容。 教學中的創(chuàng)設物理情景，創(chuàng)設物理氣氛，可使學生有身臨其境之感以增強學生的感性認識； 總結歸納與嚴格的數(shù)學推導以表達物理的嚴謹；以規(guī)律

5、的運用表達物理的實用性。同時利于培養(yǎng)學生的觀察、分析、歸納問題的能力和利用數(shù)學進行演繹推理的能力?！菊n時】2課時【教學目標】一知識與技能1知道單擺的構造以及單擺是一種理想模型。2、掌握單擺的回復力是重力沿切線方向的分力。3、理解單擺在偏角很小時可以近似地做簡諧運動。4、知道單擺振動的特點及周期公式。5、學會運用單擺測重力加速度。二過程與方法1通過觀察演示實驗，從注射器所畫出的圖像判斷單擺振動情況。2、通過對擺球的受力分析，掌握力按作用效果分的方法。3、通過理論分析，單擺所受力滿足簡諧運動所受回復力特點。4、采用控制變量研究問題的方法。三情感、態(tài)度與價值觀1培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)和提出問題，并利用已有知識

6、探索學習新知識的能力。2、通過教學過程中各個教學環(huán)節(jié)的設計，如：觀察、實驗等，充分調(diào)動學生的積極性，激 發(fā)學生的學習興趣。3、對學生進行實事求是的科學思想熏陶?！窘虒W重點】1單擺振動的回復力。2、單擺的偏解很小時滿足簡諧運動的條件3、通過定性分析、實驗、數(shù)據(jù)分析得出單擺周期公式【教學難點】1單擺振動的回復力2、用單擺測重力加速度【教學思路】總體教學流程如下表：【教法和策略】通過生活中的一些擺動事例， 使學生弄清楚單擺的擺動是一種什么樣的運動，這種運動有什么特點。將教師的講解與學生的活動相結合，將演示實驗定性探究與理論分析推理相結合， 自主探究與交流討論相結合，表達教學和學習方式的多樣化?！窘虒W

7、準備】自制PPT課件、小球、細線以及支架、秒表、注射器、白紙、米尺等?！窘虒W過程】一、提問夯基1、課件投影 思考提問：1本章中我們學習了機械振動，什么是機械振動？什么是簡諧振動？2簡諧振動的條件是什么？3簡諧振動的圖像是什么？設計目的：為單擺的探究學習打下一個堅實的根底。二、新課導入創(chuàng)境激意2、播放視頻 一個人在教堂觀察燈的擺動畫面。詢問學生認識這個人嗎？他是意大利著名的物理學家伽利略，一次在教堂中偶然地觀察到搖擺不定的燈，伽利略沉浸在思索中 伽利略觀察到什么現(xiàn)象呢？設計目的：為了激發(fā)學生的學習興趣，為本節(jié)課埋下伏筆。三、體驗實踐，增強認識1、單擺模型 單擺模型解說圖1所示1由學生討論后總結出

8、單擺的構造：一根不可伸長的細線F面懸掛一個密度大的小球就組成了單擺。2拿出單擺，請學生仔細觀察并總結單擺的特點。設計目的：通過學生自己閱讀理解的單擺與實驗中的單擺比照，是學生經(jīng)歷一個感性認識過程，從而更好的去認識單擺。圖1四、引導探究，層層遞進1、探究單擺振動特征1提出問題我們認識了單擺，那么單擺振動是不是簡諧運動呢？2進行猜測組織引導學生猜測討論。3設計實驗組織學生討論、歸納，確定設計思想，制定方案：演示實驗1教材P13,細線下懸掛一個除去了柱塞的注射器，注射器向下噴出一束細細的墨水。沿著擺動方向勻速拖動一種白紙，白紙上的墨跡便畫出振動圖 像。4 實驗結論實驗所繪制的圖像為正弦函數(shù)圖像，從而

9、可判斷單擺的振動屬于簡諧振動。設計目的：一是培養(yǎng)學生動手能力；二是提高學生學習興趣； 三是借助實驗所繪圖像來判斷單擺振動情況。2、理論分析單擺振動特征取小球振動中的任意一個位置，此時偏角為01提出問題小球受哪幾個力作用？畫小球的受力分析圖 引導學生思考：兩力不在一條直線上，應該怎么處理呢?2理論推導徑向：F-wgcos5 =v3力1切向：F回=噸血_X 噸一=1F回方向與x方向相反，F(xiàn)即為回復力滿足簡諧運動條件。 表1、多媒體展示正弦與角度弧度制的大小關系角度12345Si na0.017450.03490.05320.06980.0872A0.017450.03490.05320.06990

10、.0873(3) 總結當5時，單擺的振動可近似為簡諧運動(4) 強調(diào)其中用到了兩個近似：(1)sin銓B; (2)在小角度下位移直線與弧線近似相等。這兩個近似成立的條件是擺角很小，其5°3、單擺的周期(1 )、定性分析提出問題我們知道了單擺振動時簡諧振動，那么單擺振動的周期與什么因素有關呢？進行猜測引導學生猜測：單擺的質(zhì)量、振幅、擺長對周期各有什么影響？演示實驗2教材P15圖11.4-4。單擺的振幅、質(zhì)量、擺長對周期各有什么影響？在鐵架臺上固定兩個單擺，按照以下幾種情況，把它們拉起一定角度后同時釋放， 觀察兩擺的振動周期。 兩擺的振幅不同(都在小偏角下) 兩擺的質(zhì)量不同 兩擺的擺長不

11、同提出問題比擬三種情況下兩擺的周期，可以得出什么結論？實驗說明單擺振動的周期與擺球質(zhì)量無關，在振幅較小時與振幅無關，但與擺長有關，擺 長越長，周期也越長。(設計目的：通過演示實驗比擬兩個單擺在不同的條件下的周期大小，學生通過觀察進而得出實驗結論。培養(yǎng)學生的觀察能力和總結能力。)進一步思考 單擺周期與擺長之間有什么定量的關系呢？(2) 、定量探究設計實驗根據(jù)所給器材組織學生設計并實驗：測量在不同擺長的單擺的周期學生實驗 教材P15,細線上端固定在鐵架臺上， 下端系一個小鋼球，于是做成了一個 單 擺。測量擺長和擺的周期，得到一組數(shù)據(jù)。改變擺長，再得到幾組數(shù)據(jù)。將實驗數(shù)據(jù)輸入計算機，運用 幾何畫板軟

12、件描點作圖。表2：探究單擺周期與擺長的關系實驗表格擺長l/m10.90.80.70.60.5周期T/s實驗競賽為了更好更快的完成實驗，將學生分成多組，讓其中一組到講臺上去做，讓講臺 上的同學和下面同學構成實驗競賽。設計目的：一是為營造學生自我探究的環(huán)境，激發(fā)學生的探究興趣；二是這樣在課堂中恰當運用競賽與鼓勵評價，可以大大激發(fā)學生學習熱情。實驗結果通過將數(shù)據(jù)輸入計算機，根據(jù)所制的圖調(diào)整函數(shù)，發(fā)現(xiàn)周期T與T： '的圖線完全擬合。外表單擺的周期 T與：成正比。知識拓展介紹荷蘭物理學家、天文學家、數(shù)學家惠更斯的研究成果：單擺做簡諧運動的周期T與：成正比，與-成反比，而與擺球質(zhì)量、振幅無關。周期

13、公式介紹單擺的周期公式噸設計目的：指導學生通過實驗進行科學探究，學會 實驗采集數(shù)據(jù)，并借助計算機當堂處理實驗中得到的數(shù)據(jù)， 分析驗證。再通過了解物理學史 一一單擺周期的發(fā)現(xiàn)過程，拓展 學生知識面。五、應用擴展提出問題怎樣利用單擺測出當?shù)氐闹亓铀俣?？思考討論學生按前后桌四人分組討論，介紹測量方法。V學生實驗 學生動手做實驗：做單擺：取約1米長的線繩穿過帶孔的小鋼球，并打一個比小孔 大一些的結，然后拴在桌邊的支架上。用米尺量出擺線長，準確到毫米，用 游標卡尺測擺球直徑。把單擺從平衡位置拉開一個角度放開它， 使之在同一豎直平面內(nèi)做簡諧運動， 用秒表測量單擺 完成(3050次)全振動所用時間。把測得

14、的物理量的數(shù)值代入測量式，求出重力加速度的值。變更擺長，重做幾次實驗，最后求出重力加速度的平均值。數(shù)據(jù)處理引導學生分析處理實驗數(shù)據(jù)的方法有哪些，這個實驗可以用哪些方法處理？怎么處理？哪種方法好些？(突出圖像法的優(yōu)點。)(設計目的：鼓勵學生進一步思考，要求學生操作標準、精確。掌握實驗數(shù)據(jù)處理的方法和思路。突出圖像法的優(yōu)點。)六、例題導學投影展示 例1、一個理想的單擺，其周期為T。如果重力加速度變?yōu)樵瓉淼?/2,振幅變?yōu)樵瓉淼?/3，擺長變?yōu)樵瓉淼?/4，擺球質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼?/5,它的周期變?yōu)槎嗌伲?解答解后總結能對單擺周期公式熟練掌握和應用?！練w納小結】(1 )認識了單擺模型，知道它是一種理想模

15、型。(2) 知道單擺回復力的來源。(3) 知道單擺是一種簡諧振動。(4) 單擺周期的公式。(5) 會運用單擺測定重力加速度的方法【板書設計】板書：第四節(jié)單擺一、單擺模型(理想模型)1、懸線應長、輕，且為剛性 2、小球應小而重、單擺的振動特征1、 振動圖像為正弦函數(shù)：用gX2、單擺回復力F= 滿足F=-kx三、單擺的周期四、用單擺測重力加速度4次'【課后思考】1、操場上學生蕩秋千的運動是簡諧運動嗎？2、教材P17思考與練習1、3題。【書面作業(yè)】 完成教材P17思考與練習2、4題?！驹O計說明】1、本節(jié)課充分尊重學生自主學習的過程，即以歸納、概括為主的思維過程。它不是機械地 重復歷史中的 原

16、始創(chuàng)造，而是根據(jù)學生自己的體驗，用他們自己的思維方式，重新建構有 關物理知識，即學生的 再創(chuàng)造過程。這對學習物理來說是非常有意義的。2、本節(jié)課充分重視演示實驗和學生的自我探究，以加強學生的自我體驗，從而幫助學生自主建構知識。雖然學生的探究過程看上去不如教師講解來得快捷和省時，但對學生深刻理解大有裨益。此外，通過本節(jié)學習，學生收獲的不僅僅是學習了單擺的有關知識，更主要的是學習了探究規(guī)律的一種方法。3、 本節(jié)課充分理順知識邏輯關系，為學生的學習鋪設臺階。要做到知識序、教學序、認知序三序合一，理順知識序是前提。本節(jié)課的教學認識單擺，到單擺的振動情況分析，再 到影響單擺振動周期的因素的探究，逐次開展。最后將知識運用一一測重力加速度。此外，教師演示實驗是學生實驗的根底，教師在做演示實驗時對實驗原理和實驗操作的講解，其實 都是對學生接下來的實驗的指導。因此，這就易使學生在教學中得以拾階而上，收獲知識、獲得成功體驗。【教學小結】在學習了簡諧振動之后， 我們緊接著又學習了簡諧振動的一個特例一一單擺。在這一節(jié)的教學中，首先讓學生能夠準確認識單擺構造，再通過實驗單擺的振動圖像和理論分析回復力特點兩方面進行論證單擺在偏角很小時屬于簡諧振動。最后用實驗探究的方法研究了單擺的周期與什么因素有關，得出周期公式。最后在教學根底上拓展， 用單擺測定重力加速度方法