《單擺》教學(xué)設(shè)計(jì)

《單擺》教學(xué)設(shè)計(jì)

【教學(xué)內(nèi)容】人教版4月第3版《一般高中課程原則試驗(yàn)教科書·物理選修3—4》第十一章《機(jī)械振動》中第4節(jié)“單擺”?！窘虒W(xué)分析】1.教材分析單擺的振動是簡諧運(yùn)動的重要特例，教材中安排這節(jié)內(nèi)容，不僅使學(xué)生理解一種經(jīng)典的簡諧運(yùn)動，并且也對前面所學(xué)的簡諧運(yùn)動概念起到加深理解和鞏固的作用。本節(jié)教材首先給出一種理想模型——單擺，結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)與之前學(xué)習(xí)的知識，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)、判斷單擺的運(yùn)動是不是簡諧運(yùn)動，然后通過演示試驗(yàn)及其理論的分析得出單擺在擺角很小時(shí)的振動屬于簡諧運(yùn)動；后又規(guī)定用試驗(yàn)措施定性分析單擺的周期及用單擺測量重力加速度。

教學(xué)中波及到了較多的物理思想措施，如理想模型法、近似法、圖像法、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，研究措施增多，對教師駕馭教材的能力提出了較高規(guī)定。

本節(jié)教材的重點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生通過試驗(yàn)，研究和探索物理規(guī)律，使學(xué)生在理解和掌握物理規(guī)律的同步，充足認(rèn)識物理學(xué)是一門試驗(yàn)科學(xué)，提高試驗(yàn)操作和研究能力。2．學(xué)情分析（1）思維基礎(chǔ)

學(xué)生已經(jīng)初步有了探究事物的一般措施，即“是什么？──怎么樣？──為何？”的思維措施。根據(jù)新課程重視“過程與措施”的教學(xué)理念和高二學(xué)生由直觀認(rèn)識向邏輯推理、試驗(yàn)推理過渡階段的認(rèn)識特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中就通過創(chuàng)設(shè)問題情景，鼓勵學(xué)生自己提出想要研究的問題。（2）心理特點(diǎn)

根據(jù)高中生求異思維很活躍的特點(diǎn)，通過試驗(yàn)和多媒體手段滿足學(xué)生渴望獲取新知識的需求學(xué)生在強(qiáng)烈愛好（名人事跡引入）的驅(qū)使下，運(yùn)用已經(jīng)有知識進(jìn)行新規(guī)律的探究，既有挑戰(zhàn)性，也有成就感。（3）已經(jīng)有知識學(xué)生對機(jī)械振動的初步理解。在上這節(jié)課之前，通過前幾節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生懂得了簡諧振動的特點(diǎn)，通過生活中一種常見的模型——單擺，探究它的運(yùn)動狀況怎樣，從而萌發(fā)了學(xué)生繼續(xù)探究的愛好。（4）學(xué)生學(xué)習(xí)本課也許碰到的困難和問題對的的理論分析單擺的振動與否滿足簡諧運(yùn)動的條件，通過試驗(yàn)定性定量分析單擺周期與擺長的關(guān)系，以及用單擺測量重力加速度時(shí)的試驗(yàn)措施和操作所帶來的問題?！驹O(shè)計(jì)思想】本節(jié)設(shè)計(jì)的內(nèi)容有四：一是認(rèn)識物理模型——單擺，二是判斷單擺的振動是不是簡諧振動，三是探究單擺的周期于什么原因有關(guān)，四是學(xué)會運(yùn)用單擺測定重力加速度的措施。現(xiàn)代教育理論認(rèn)為，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程實(shí)際上是一種以學(xué)生為認(rèn)知主體，以學(xué)習(xí)內(nèi)容為對象與周圍環(huán)境互相作用，學(xué)生在原有知識基礎(chǔ)上建構(gòu)新知識從而到達(dá)學(xué)習(xí)目的的過程。

根據(jù)新課程“以人為本”的理念和本節(jié)教學(xué)目的規(guī)定，在整個(gè)教學(xué)過程中突出學(xué)生體驗(yàn)探究的主體地位。教學(xué)中遵照教師的啟發(fā)、引導(dǎo)、總結(jié)和學(xué)生的自主探究的體驗(yàn)實(shí)踐，由易到難、由特殊到一般的分層推進(jìn)的認(rèn)知規(guī)律，讓學(xué)生比較輕易接受，從而突破難點(diǎn)內(nèi)容和突出重點(diǎn)內(nèi)容。教學(xué)中的創(chuàng)設(shè)物理情景，創(chuàng)設(shè)物理氣氛，可使學(xué)生有身臨其境之感以增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識；總結(jié)歸納與嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)以體現(xiàn)物理的嚴(yán)謹(jǐn)；以規(guī)律的運(yùn)用體現(xiàn)物理的實(shí)用性。同步利于培養(yǎng)學(xué)生的觀測、分析、歸納問題的能力和運(yùn)用數(shù)學(xué)進(jìn)行演繹推理的能力?！菊n

時(shí)】2課時(shí)【教學(xué)目的】

（一）知識與技能1、懂得單擺的構(gòu)造以及單擺是一種理想模型。2、掌握單擺的答復(fù)力是重力沿切線方向的分力。3、理解單擺在偏角很小時(shí)可以近似地做簡諧運(yùn)動。4、懂得單擺振動的特點(diǎn)及周期公式。5、學(xué)會運(yùn)用單擺測重力加速度。（二）過程與措施1、通過觀測演示試驗(yàn)，從注射器所畫出的圖像判斷單擺振動狀況。2、通過對擺球的受力分析，掌握力按作用效果分的措施。3、通過理論分析，單擺所受力滿足簡諧運(yùn)動所受答復(fù)力特點(diǎn)。4、采用控制變量研究問題的措施。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1、培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題，并運(yùn)用已經(jīng)有知識探索學(xué)習(xí)新知識的能力。2、通過教學(xué)過程中各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，如：觀測、試驗(yàn)等，充足調(diào)動學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)愛好。3、對學(xué)生進(jìn)行實(shí)事求是的科學(xué)思想熏陶?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1、單擺振動的答復(fù)力。2、單擺的偏解很小時(shí)滿足簡諧運(yùn)動的條件

3、通過定性分析、試驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析得出單擺周期公式【教學(xué)難點(diǎn)】1、單擺振動的答復(fù)力

2、用單擺測重力加速度【教學(xué)思緒】總體教學(xué)流程如下表：

【教法和方略】通過生活中的某些擺動事例，使學(xué)生弄清晰單擺的擺動是一種什么樣的運(yùn)動，這種運(yùn)動有什么特點(diǎn)。將教師的講解與學(xué)生的活動相結(jié)合，將演示試驗(yàn)定性探究與理論分析推理相結(jié)合，自主探究與交流討論相結(jié)合，體現(xiàn)教學(xué)和學(xué)習(xí)方式的多樣化?！窘虒W(xué)準(zhǔn)備】自制PPT課件、小球、細(xì)線以及支架、秒表、注射器、白紙、米尺等?！窘虒W(xué)過程】一、提問夯基

1、<課件投影>思索提問：（1）本章中我們學(xué)習(xí)了機(jī)械振動，什么是機(jī)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(shè)計(jì)目的：為單擺的探究學(xué)習(xí)打下一種堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。）

二、新課導(dǎo)入

創(chuàng)境激意2、<播放視頻>一種人在教堂觀測燈的擺動畫面。問詢學(xué)生認(rèn)識這個(gè)人嗎？他是意大利著名的物理學(xué)家伽利略，一次在教堂中偶爾地觀測到搖擺不定的燈，伽利略沉浸在思索中……伽利略觀測到什么現(xiàn)象呢？（設(shè)計(jì)目的：為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)愛好，為本節(jié)課埋下伏筆。）三、體驗(yàn)實(shí)踐，增強(qiáng)認(rèn)識1、<單擺模型>單擺模型講解（圖1所示）

（1）由學(xué)生討論后總結(jié)出單擺的構(gòu)造：一根不可伸長的細(xì)線下面懸掛一種密度大的小球就構(gòu)成了單擺。

（2）

拿出單擺，請學(xué)生仔細(xì)觀測并總結(jié)單擺的特點(diǎn)。（設(shè)計(jì)目的：通過學(xué)生自己閱讀理解的單擺與試驗(yàn)中的單擺對比，是學(xué)生經(jīng)歷一種感性認(rèn)識過程，從而更好的去認(rèn)識單擺。）圖1

四、引導(dǎo)探究，層層遞進(jìn)

1、探究單擺振動特性

（1）[提出問題]

我們認(rèn)識了單擺，那么單擺振動是不是簡諧運(yùn)動呢？

（2）[進(jìn)行猜測]

組織引導(dǎo)學(xué)生猜測討論。

（3）[設(shè)計(jì)試驗(yàn)]

組織學(xué)生討論、歸納，確定設(shè)計(jì)思想，制定計(jì)劃：

<演示試驗(yàn)1>教材P13，細(xì)線下懸掛一種除去了柱塞的注射器，注射器向下噴出一束細(xì)細(xì)

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）[試驗(yàn)結(jié)論]試驗(yàn)所繪制的圖像為正弦函數(shù)圖像，從而可判斷單擺的振動屬于簡諧振動。（設(shè)計(jì)目的：一是培養(yǎng)學(xué)生動手能力；二是提高學(xué)生學(xué)習(xí)愛好；三是借助試驗(yàn)所繪圖像來判斷單擺振動狀況。）2、理論分析單擺振動特性取小球振動中的任意一種位置，此時(shí)偏角為θ（1）[提出問題]小球受哪幾種力作用？畫小球的受力分析圖

引導(dǎo)學(xué)生思索：兩力不在一條直線上，應(yīng)當(dāng)怎么處理呢？

θmg圖2

（2）[理論推導(dǎo)]

徑向：

切向：F回=

=

=

=

F回方向與x方向相反，F(xiàn)即為答復(fù)力滿足簡諧運(yùn)動條件。表1、多媒體展示正弦與角度弧度制的大小關(guān)系角度12345Sina0.017450.03490.05320.06980.0872A0.017450.03490.05320.06990.0873

（3）[總結(jié)]

當(dāng)θ≤5°時(shí)，單擺的振動可近似為簡諧運(yùn)動

（4）[強(qiáng)調(diào)]

其中用到了兩個(gè)近似：(1)sinθ≈θ；(2)在小角度下位移直線與弧線近似相等。這兩個(gè)近似成立的條件是擺角很小，θ≤5°。

3、單擺的周期（1）、定性分析

[提出問題]我們懂得了單擺振動時(shí)簡諧振動，那么單擺振動的周期與什么原因有關(guān)呢？[進(jìn)行猜測]引導(dǎo)學(xué)生猜測：單擺的質(zhì)量、振幅、擺長對周期各有什么影響？

<演示試驗(yàn)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(gè)單擺，按照如下幾種狀況，把它們拉起一定角度后同步釋放，觀測兩擺的振動周期。

①兩擺的振幅不一樣（都在小偏角下）

②兩擺的質(zhì)量不一樣③兩擺的擺長不一樣[提出問題]比較三種狀況下兩擺的周期，可以得出什么結(jié)論？[試驗(yàn)表明]單擺振動的周期與擺球質(zhì)量無關(guān)，在振幅較小時(shí)與振幅無關(guān)，但與擺長有關(guān)，擺長越長，周期也越長。（設(shè)計(jì)目的：通過演示試驗(yàn)比較兩個(gè)單擺在不一樣的條件下的周期大小，學(xué)生通過觀測進(jìn)而得出試驗(yàn)結(jié)論。培養(yǎng)學(xué)生的觀測能力和總結(jié)能力。）<深入思索>單擺周期與擺長之間有什么定量的關(guān)系呢？（2）、定量探究[設(shè)計(jì)試驗(yàn)]

根據(jù)所給器材組織學(xué)生設(shè)計(jì)并試驗(yàn)：測量在不一樣擺長的單擺的周期

<學(xué)生試驗(yàn)>教材P15，細(xì)線上端固定在鐵架臺上，下端系一種小鋼球，于是做成了一種

單擺。

測量擺長和擺的周期，得到一組數(shù)據(jù)。變化擺長，再得到幾組數(shù)據(jù)。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)

算機(jī)，運(yùn)用“幾何畫板”軟件描點(diǎn)作圖。表2：

探究單擺周期與擺長的關(guān)系試驗(yàn)表格擺長l/m10.90.80.70.60.5周期T/s

[試驗(yàn)競賽]為了更好更快的完畢試驗(yàn)，將學(xué)生提成多組，讓其中一組到講臺上去做，讓講臺上的同學(xué)和下面同學(xué)構(gòu)成試驗(yàn)競賽。（設(shè)計(jì)目的：一是為營造學(xué)生自我探究的環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的探究愛好；二是這樣在課堂中恰當(dāng)運(yùn)用競賽與鼓勵評價(jià)，可以大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。）[試驗(yàn)成果]

通過將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，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。表面單擺的周期T與成正比。[知識拓展]簡介荷蘭物理學(xué)家、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家惠更斯的研究成果：單擺做簡諧運(yùn)動的周期T與成正比，與成反比，而與擺球質(zhì)量、振幅無關(guān)。[周期公式]簡介單擺的周期公式（設(shè)計(jì)目的：指導(dǎo)學(xué)生通過試驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)探究，學(xué)會“試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)”，并借助計(jì)算機(jī)當(dāng)堂處理試驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)，“分析驗(yàn)證”。再通過理解物理學(xué)史——單擺周期的發(fā)現(xiàn)過程，拓展學(xué)生知識面。）五、應(yīng)用擴(kuò)展

[提出問題]

怎樣運(yùn)用單擺測出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋?/p>

[思索討論]

學(xué)生按前后桌四人分組討論，簡介測量措施。

<學(xué)生試驗(yàn)>學(xué)生動手做試驗(yàn)：①做單擺：取約1米長的線繩穿過帶孔的小鋼球，并打一種比小孔

大某些的結(jié)，然后拴在桌邊的支架上。②用米尺量出擺線長，精確到毫米，用游標(biāo)卡尺測擺球直徑。③把單擺從平衡位置拉開一種角度放開它，使之在同一豎直平面內(nèi)做簡諧運(yùn)動，用秒表測量單擺完畢（30～50次）全振動所用時(shí)間。④把測得的物理量的數(shù)值代入測量式，求出重力加速度的值。⑤變更擺長，重做幾次試驗(yàn)，最終求出重力加速度的平均值。

[數(shù)據(jù)處理]

引導(dǎo)學(xué)生分析處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的措施有哪些，這個(gè)試驗(yàn)可以用哪些措施處理？怎么處理？哪種措施好些？（突出圖像法的長處。）（設(shè)計(jì)目的：鼓勵學(xué)生深入思索，規(guī)定學(xué)生操作規(guī)范、精確。掌握試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的措施和思緒。突出圖像法的長處。）

六、例題導(dǎo)學(xué)<投影展示>例1、一種理想的單擺，已知其周期為T。假如重力加速度變?yōu)楸緛淼?/2，振幅變?yōu)楸緛淼?/3，擺長變?yōu)楸緛淼?/4，擺球質(zhì)量變?yōu)楸緛淼?/5，它的周期變?yōu)槎嗌伲?/p>

〖解答〗：〖解后總結(jié)〗能對單擺周期公式純熟掌握和應(yīng)用。【歸納小結(jié)】（1）認(rèn)識了單擺模型，懂得它是一種理想模型。（2）懂得單擺答復(fù)力的來源。（3）懂得單擺是一種簡諧振動。（4）單擺周期的公式。（5）會運(yùn)用單擺測定重力加速度的措施【板書設(shè)計(jì)】板書：

第四節(jié)

單擺一、單擺模型（理想模型）1、懸線應(yīng)長、輕，且為剛性2、小球應(yīng)小而重

二、單擺的振動特性

1、振動圖像為正弦函數(shù)：

2、單擺答復(fù)力F=滿足F=-kx

三、單擺的周期四、用單擺測重力加速度【課后思索】1、操場上學(xué)生蕩秋千的運(yùn)動是簡諧運(yùn)動嗎？

2、教材P17思索與練習(xí)1、3題?！緯孀鳂I(yè)】完畢教材P17思索與練習(xí)”

2、4題?！驹O(shè)計(jì)闡明】1、本節(jié)課充足尊重學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過程，即以歸納、概括為主的思維過程。它不是機(jī)械地反復(fù)歷史中的“原始發(fā)明”，而是根據(jù)學(xué)生自己的體驗(yàn)，用他們自己的思維方式，重新建構(gòu)有關(guān)物理知識，即學(xué)生的“再發(fā)明”過程。這對學(xué)習(xí)物理來說是非常故意義的。

2、本節(jié)課充足重視演示試驗(yàn)和學(xué)生的自我探究，以加強(qiáng)學(xué)生的自我體驗(yàn)，從而協(xié)助學(xué)生自主建構(gòu)知識。雖然學(xué)生的探究過程看上去不如教師講解來得快捷和省時(shí)，但對學(xué)生深刻理解大有裨益。此外，通過本節(jié)學(xué)習(xí)，學(xué)生收獲的不僅僅是學(xué)習(xí)了單擺的有關(guān)知識，更重要的是學(xué)習(xí)了探究規(guī)律的一種措施。

3、本節(jié)課充足理順知識邏輯關(guān)系，為學(xué)生的學(xué)習(xí)鋪設(shè)臺階。要做到“知識序、教學(xué)序、認(rèn)知序”三序合一，理順知識序是前提。本節(jié)課的教學(xué)認(rèn)識單擺，到單擺的振動狀況分析，再到影響單擺振動周期的原因的探究，逐次開展。最終將知識運(yùn)用——測重力加速度。此外，教師演示試驗(yàn)是學(xué)生試驗(yàn)的基礎(chǔ)，教師在做演示試驗(yàn)時(shí)對試驗(yàn)原理和試驗(yàn)操作的講解，其實(shí)都是對學(xué)生接下來的試驗(yàn)的指導(dǎo)。因此，這就易使學(xué)生在教學(xué)中得以拾階而上，收獲知識、獲得成功體驗(yàn)?！窘虒W(xué)小結(jié)】在學(xué)習(xí)了簡諧振動之后，我們緊接著又學(xué)習(xí)了簡諧振動的一種特例——單擺。在這一節(jié)的教學(xué)中，首先讓學(xué)生可以精確認(rèn)識單擺構(gòu)造，再通過試驗(yàn)（單擺的振動圖像）和理論分析（答復(fù)力特點(diǎn)）兩方面進(jìn)行論證單擺在偏角很小時(shí)屬于簡諧振動。最終用試驗(yàn)探究的措施研究了單擺的周期與什么原因