選必1.2.4單擺教學(xué)設(shè)計

物理學(xué)科單擺的單元及課時教學(xué)設(shè)計（2023年版）第1課時教學(xué)設(shè)計課題單擺課型新授課?章/單元復(fù)習(xí)課□專題復(fù)習(xí)課□實驗探究課□習(xí)題/試卷講評課□課題研究課□學(xué)科實踐活動課□其他□1.教學(xué)內(nèi)容分析單擺是典型的簡諧運動。通過學(xué)習(xí)受力和運動情況較為復(fù)雜的單擺，促進學(xué)生對簡諧運動規(guī)律的進一步理解和應(yīng)用，豐富學(xué)生的運動與相互作用觀念。通過“問題”啟發(fā)學(xué)生思考與討論，形成單擺概念，提出分析論證單擺做簡諧運動的兩種方法，通過對單擺回復(fù)力的分析推導(dǎo)，進一步領(lǐng)會F=kx的意義及實際應(yīng)用，應(yīng)充分關(guān)注兩個方面的內(nèi)容，并體會其中的物理方法。（1）為什么回復(fù)力是重力沿著圓弧切線方向的分力。（2）論證中做了必要的、合理的近似，要注意到這是一種常用的方法，必要的、合理的近似不僅簡化數(shù)學(xué)運算，而且可以忽略次要因素，突出主要矛盾，解釋事物的本質(zhì)。通過“做一做”觀察墨汁圖樣，從墨汁形成的正弦（或余弦）曲線，證明單擺的運動是簡諧運動，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提升科學(xué)素養(yǎng)，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷和知識形成過程。教科書關(guān)于構(gòu)建理想化模型方法的應(yīng)用是分層次的，包含兩個階段：一是將實際的擺構(gòu)建成單擺模型，二是將單擺模型歸入簡諧運動模型，注意引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型時的層次性和階梯性。通過對較為復(fù)雜的單擺相關(guān)問題進行分析和推理，促進學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。探究單擺周期與擺長的關(guān)系時，用控制變量法定性研究，再用圖像法處理數(shù)據(jù)獲得定量結(jié)果，提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。不要求學(xué)生對單擺的周期公式進行理論推導(dǎo)。2.學(xué)情分析①學(xué)生的心理特征本節(jié)課授課的對象是高二的學(xué)生，它們對事物的認識已經(jīng)上升到較為理性的階段，不僅僅停留在表象上，更加關(guān)心的是現(xiàn)象背后的本質(zhì)原因，喜歡探究，因果認識興趣濃厚，分析問題的能力有所提升。②學(xué)生的知識基礎(chǔ)在學(xué)習(xí)單擺之前，學(xué)生學(xué)習(xí)了簡諧運動及其圖像，簡諧運動的振幅、周期、頻率以及回復(fù)力和能量等內(nèi)容，本節(jié)是簡諧運動的應(yīng)用實例。③學(xué)生的認知困難學(xué)生初次接觸單擺，不善于利用等效擺長解釋單擺現(xiàn)象，對于擺長的概念理解得不夠透徹。對于近似法處理回復(fù)力問題存在困難。由于周期與擺長的二次方根成正比，對于學(xué)生而言比較抽象，在猜測上存在一定的思維障礙。3.學(xué)習(xí)目標科學(xué)思維：（1）通過觀察擺的運動情境，類比彈簧振子模型建構(gòu)過程，對實際擺的裝置——細線和小球、空氣進行理想化處理，自主構(gòu)建出單擺模型；（2）通過討論分析，說出推理和驗證單擺做簡諧運動的動力學(xué)方法；（3）通過對擺球受力分析，明確回復(fù)力是重力沿圓弧切線方向上的分力，對比小角度θ和sinθ的大小，論證得出單擺做簡諧運動的動力學(xué)條件；科學(xué)探究：（4）通過教師演示實驗，定性得出周期與擺長的關(guān)系；引導(dǎo)學(xué)生作出猜想與假設(shè)、合作設(shè)計實驗、進行實驗操作，記錄數(shù)據(jù)、圖像法處理數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律，形成結(jié)論、解釋交流。4.學(xué)習(xí)重點難點教學(xué)重點：對單擺運動規(guī)律和單擺周期公式的探究教學(xué)難點：對單擺回復(fù)力的判定以及對小角度的近似處理5.教學(xué)輔助支持多媒體課件、單擺、裝有墨汁的注射器、學(xué)生探究器材（米尺、細線、秒表、鐵架臺、質(zhì)量不同的擺球、游標卡尺、）等、自制雙面實驗演示儀、計算機繪圖軟件6.教學(xué)活動設(shè)計過程學(xué)習(xí)內(nèi)容與教師活動學(xué)生任務(wù)/活動設(shè)計設(shè)計意圖及對應(yīng)目標達成環(huán)節(jié)一課堂引入：生活中經(jīng)常可以看到懸掛起來的物體在豎直平面內(nèi)往復(fù)運動。將一小球用細繩懸掛起來，把小球拉離最低點釋放后，小球就會來回擺動。小球的擺動是否為簡諧運動？觀察生活中常見的掛起來的物體在豎直平面內(nèi)往復(fù)運動。疑惑、思考、迫不及待想知道答案創(chuàng)設(shè)真實的生活情境，激發(fā)學(xué)生主動思考，聯(lián)系實際，引出新課內(nèi)容。緊扣課題，為學(xué)習(xí)新知識做好充分的準備思考討論:：活動1：什么是單擺？定義：一根不可伸長的細線下面懸掛一個小球就構(gòu)成了單擺。單擺的主要組成部分擺長：懸點到球心的距離擺角：擺到最高點時，擺線與豎直方向的夾角?；顒?：單擺的理想化條件有哪些？①細線：不可伸縮，質(zhì)量不計，長度遠大于小球直徑。擺球：體積小，質(zhì)量大。②空氣阻力可以忽略問題1：閱讀教材，說出單擺的定義和特點。問題2：說出單擺的理想化特點。思考、分析、猜想期望回答：擺球質(zhì)量、振幅、擺長、空氣阻力。以思考討論的方式引入新課，讓學(xué)生積極參與課堂，更好的理解深化所學(xué)知識，自主建構(gòu)出單擺模型特點。達成學(xué)習(xí)目標1.結(jié)合示意圖進行猜想，使猜想有理可依。小結(jié)：單擺的理想化模型經(jīng)歷建構(gòu)理想化模型的過程增強模型建構(gòu)能力環(huán)節(jié)二思考討論如何若判斷單擺振動是不是簡諧運動？用什么方法判斷？（1）根據(jù)回復(fù)力的規(guī)律F=kx判斷（2）根據(jù)物體的振動圖像去判斷討論前幾課學(xué)習(xí)到的判斷簡諧運動的方法與前概念、規(guī)律建立聯(lián)系，增強聯(lián)系能力，達成目標2環(huán)節(jié)三活動：單擺的回復(fù)力回復(fù)力大?。褐亓ρ厍芯€的分力提供回復(fù)力與該點速度方向在同一直線上，不斷改變速度大小方向：沿切線指向平衡位置向心力大?。号c該點速度方向垂直，只改變速度方向方向：沿半徑指向懸點在擺角小于5度的條件下：Sinθ≈θ（弧度值）。當(dāng)θ很小時，x≈弧長，位移方向與回復(fù)力方向相反，擺角θ＜5°的單擺運動可認為是簡諧運動如圖，細線下懸掛一個除去了柱塞的注射器，注射器內(nèi)裝上墨汁。當(dāng)注射器擺動時，沿著垂直于擺動的方向勻速拖動木板，觀察噴在木板上的墨汁圖樣。結(jié)合回復(fù)力的概念，對擺球進行受力分析，畫出受力分析分析論證單擺的回復(fù)力滿足F=kx的形式通過表格直觀理解近似處理辦法推理出單擺的動力學(xué)特征觀察沙擺的圖像演示。觀察單擺的位移時間圖像。通過對擺球的受力分析，明確單擺回復(fù)力的來源。提高學(xué)生自主分析問能力。小組討論，推導(dǎo)單擺的的回復(fù)力滿足的形式。達成目標3小組討論，找出答案，讓學(xué)生更好的理解單擺運動的特點。通過觀察實驗，讓結(jié)論更加直觀，便于學(xué)生理解記憶。環(huán)節(jié)四實驗探究：活動1.提出問題單擺的周期可能與哪些因素有關(guān)？活動2.猜想與假設(shè)結(jié)合示意圖作合理的猜想，提出用控制變量法進行實驗。活動3.設(shè)計實驗與進行實驗讓學(xué)生根據(jù)提示自主設(shè)計實驗方案活動4：實驗過程①探究單擺周期與質(zhì)量的關(guān)系實驗方案一可以用什么方法來設(shè)計實驗？演示實驗引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析實驗現(xiàn)象。得出結(jié)論：單擺周期與質(zhì)量無關(guān)。②②探究單擺周期與振幅的關(guān)系（在振幅較小情況下）演示實驗引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析實驗現(xiàn)象。得出結(jié)論：在振幅較小情況下單擺周期與振幅無關(guān)。③探究單擺周期與擺長的關(guān)系演示實驗引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析實驗現(xiàn)象。得出結(jié)論：單擺周期與擺長有關(guān)。擺長越長，周期越長，擺長越短，周期越短。得出結(jié)論單擺振動的周期與擺球質(zhì)量無關(guān)，在振動幅度較小時與振幅無關(guān)，但與擺長有關(guān)，擺長越長，周期也越長學(xué)生實驗，定量探究引入：蛇擺表演探究①介紹實驗裝置②實驗操作要點③學(xué)生進行實驗并記錄數(shù)據(jù)excel數(shù)據(jù)匯總，尋找線性關(guān)系給出公式，結(jié)束定量探究思考、分析、猜想期望回答：擺球質(zhì)量、振幅、擺長、空氣阻力。期望回答1：控制振幅不變，讓兩擺球偏離一定角度并保持平行后同時釋放，如果擺動同步就說明周期一樣。期望回答2：兩個球靠近中線位置，同時釋放，如果在擺動過程中它們總能在中間相遇，說明周期一樣。觀察、思考覺得新奇、有趣，學(xué)習(xí)積極性被調(diào)動。結(jié)合圖示簡要說明實驗?zāi)康暮蛯嶒灢僮饕c做好記錄，為實驗探究做充分的準備，盡量減少偶然誤差，提高探究效率。學(xué)生之間進行合作與交流，設(shè)計表格、進行實驗并記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)匯總，引導(dǎo)學(xué)生猜想單擺周期與擺長到底有怎樣的關(guān)系。猜想1：T∝l猜想2：T∝猜想3：T∝猜想4：T∝……總結(jié)得出惠更斯研究得出的單擺周期公式。結(jié)合示意圖進行猜想，使猜想有理可依。讓學(xué)生自主設(shè)計實驗方案，注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。采用自制雙面實驗演示儀，實驗現(xiàn)象直觀明顯，有助于學(xué)生更好地理解知識；把實驗演示儀做成可以雙面用，體現(xiàn)環(huán)保理念、效率高，把科學(xué)性和教育性有機結(jié)合，貫徹教學(xué)原則，突出教學(xué)重點。過有趣的蛇擺表演引入定量探究，在引起學(xué)生注意的同時，充分調(diào)動了學(xué)生的好奇心。使學(xué)生更加積極主動地配合老師的教學(xué)和進行定量研究，達到了雙贏。實驗器材生活化，操作簡單，體現(xiàn)生活當(dāng)中處處有物理。利用圖形的直觀性特點，使教學(xué)內(nèi)容更容易被學(xué)生接受，深化學(xué)生對知識的理解，同時也使教學(xué)效率大大提高。這部分體現(xiàn)了我的，這樣的改進既增加了實驗的趣味性又便于學(xué)生更準確地定位單擺擺動時的平衡位置。采用多次測量求平均值的方式，大大地降低了偶然誤差，進一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，滲透情感態(tài)度與價值觀教育。引導(dǎo)操作，確保實驗過程的規(guī)范性。由于周期與擺長的二次方根成正比，這對于學(xué)生而言比較抽象，在猜測上存在一定的思維障礙，通過引導(dǎo)學(xué)生猜想。最后利用excel軟件對數(shù)據(jù)進行處理，使結(jié)果直觀明了，讓學(xué)生在形成實事求是的精神的同時，學(xué)會用excel軟件分析和處理實驗數(shù)據(jù)。在實驗基礎(chǔ)上，總結(jié)得出公式，顯得更加順其自然，體現(xiàn)物理學(xué)科的實驗性質(zhì)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣并傳達了嚴謹?shù)奈锢硭季S達成目標4課堂小結(jié)1、建構(gòu)單擺的理想化過程：在細線的一端拴上一個小球，另一端固定在懸點上，如果線的伸縮和質(zhì)量可以忽略不計，球的直徑比線長短得多。2、單擺運動的性質(zhì)：在擺角θ<5°的條件下，單擺的振動可看作簡諧振動。3、單擺振動的周期公式：單擺周期與擺長和重力加速度有關(guān),與振幅和質(zhì)量無關(guān)。經(jīng)歷理想模型建構(gòu)過程，經(jīng)歷自主探究過程。7.板書設(shè)計8.作業(yè)與拓展學(xué)習(xí)設(shè)計1.在探究單擺振動周期的過程中，你是怎樣測量單擺周期的？為什么要這么測量？2.周期是2s的單擺叫秒擺，秒擺的擺長是多少？把一個地球上的秒擺拿到月球上去，已知月球上的自由落體加速度為1.6m/s2，它在月球上做50次全振動要用多少時間？3.將力傳感器連接到計算機上就可以測量快速變化的力。圖甲中O點為單擺的固定懸點，現(xiàn)將小擺球(可視為質(zhì)點)拉至A點，此時細線處于張緊狀態(tài)，釋放擺球，則擺球?qū)⒃谪Q直平面內(nèi)的A、B、C之間來回擺動，其中B點為運動中的最低位置，∠AOB＝∠COB＝θ，θ小于10°且是未知量．圖乙表示由計算機得到的細線對擺球的拉力F的大小隨時間t變化的曲線，且圖中t＝0時刻為擺球從A點開始運動的時刻．試根據(jù)力學(xué)規(guī)律和題中(包括圖中)所給的信息，求擺球的振動周期和擺長．(g取10m/s2)9.特色學(xué)習(xí)資源分析、技術(shù)手段應(yīng)用說明一、創(chuàng)設(shè)真實問題情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。興趣是引導(dǎo)小學(xué)生積極探究的學(xué)習(xí)的良好方法。一個對學(xué)科知識無興趣也無需要的學(xué)生是不能持久努力學(xué)習(xí)這門學(xué)科的。因此在教學(xué)過程中教師要想方設(shè)法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)熱情，形成良好的學(xué)習(xí)動機。創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，補充學(xué)習(xí)的知識背景，使物理內(nèi)容形象化，使學(xué)生對所要學(xué)習(xí)的課題產(chǎn)生深厚的興趣，必能大大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，使學(xué)生保持高昂的學(xué)習(xí)情緒，很快地、效果顯著地進入教師創(chuàng)設(shè)的學(xué)習(xí)情境之中。二、通過實驗探究，突破教學(xué)重點難點。突破教學(xué)難點，解決一些很抽象的問題，花費大量的時間和精力，而學(xué)生"啟而不發(fā)，思維受阻"時，還易產(chǎn)生疲勞感甚至厭煩情緒，教師可用演示實驗以活化課文內(nèi)容情境，變抽象為具體，化難為易，激活學(xué)生思維，幫助其充分感知體驗。促進學(xué)生對物理概念和規(guī)律的理解。三、原創(chuàng)素材新穎，自制教具精美自制雙面實驗演示儀：雙面可用，一面是探究單擺周期與質(zhì)量的關(guān)系；另一面是探究單擺周期與振幅、擺長的關(guān)系。體現(xiàn)環(huán)保理念，給學(xué)生滲透環(huán)保思想，寓教育性于教學(xué)過程中。畫板清晰，直觀易懂，可以讓學(xué)生根據(jù)畫板的提示設(shè)計實驗方案，體現(xiàn)了以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)理念，使學(xué)生進一步掌握用控制變量法進行實驗。四、運用現(xiàn)代教育技術(shù)，發(fā)揮學(xué)生主體作用。利用計算機處理實驗數(shù)據(jù)?，F(xiàn)代技術(shù)教育手段，能為學(xué)生提供多樣化的教育形式，創(chuàng)造更好的學(xué)習(xí)情境，從而給學(xué)生更多的時間與空間去探索、去發(fā)現(xiàn)、去研究，有利于吸引和組織他們積極參與，發(fā)揮學(xué)生主體作用。10.教學(xué)反思與改進附件二：學(xué)習(xí)任務(wù)單模板學(xué)科：物理年級：高二【學(xué)習(xí)目標】科學(xué)思維：（1）通過觀察擺的運動情境，類比彈簧振子模型建構(gòu)過程，對實際擺的裝置——細線和小球、空氣進行理想化處理，自主構(gòu)建出單擺模型；（2）通過討論分析，說出推理和驗證單擺做簡諧運動的動力學(xué)方法；（3）通過對擺球受力分析，明確回復(fù)力是重力沿圓弧切線方向上的分力，對比小角度θ和sinθ的大小，論證得出單擺做簡諧運動的動力學(xué)條件；科學(xué)探究：（4）通過教師演示實驗，定性得出周期與擺長的關(guān)系；引導(dǎo)學(xué)生作出猜想與假設(shè)、合作設(shè)計實驗、進行實驗操作，記錄數(shù)據(jù)、圖像法處理數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律，形成結(jié)論、解釋交流。【重點難點】教學(xué)重點：對單擺運動規(guī)律和單擺周期公式的探究教學(xué)難點：對單擺回復(fù)力的判定以及對小角度的近似處理【學(xué)習(xí)過程】問題情境—自主學(xué)習(xí)—合作探究—展示交流—總結(jié)提升。（每個環(huán)節(jié)要求預(yù)設(shè)時間）子任務(wù)情境創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)方式時間控制環(huán)節(jié)一實際擺的運動情境觀察總結(jié)3min環(huán)節(jié)二驗證單擺做簡諧運動的方法語言說明2min環(huán)節(jié)三單擺回復(fù)力的論證自主推理論證8min環(huán)節(jié)四單擺的周期與擺長的關(guān)系合作探究、展示交流25min環(huán)節(jié)五總結(jié)提升整理筆記2min【達標檢測】1.在探究單擺振動周期的過程中，你是怎樣測量單擺周期的？為什么要這么測量？2.周期是2s的單擺叫秒擺，秒擺的擺長是多少？把一個地球上的秒擺拿到月球上去，已知月球上的自由落體加速度為1.6m/s2，它在月球上做