《单摆》教学设计

《单摆》教学设计

【教学内容】人教版4月第3版《一般高中课程原则试验教科书·物理选修3—4》第十一章《机械振动》中第4节“单摆”。【教学分析】1.教材分析单摆的振动是简谐运动的重要特例，教材中安排这节内容，不仅使学生理解一种经典的简谐运动，并且也对前面所学的简谐运动概念起到加深理解和巩固的作用。本节教材首先给出一种理想模型——单摆，结合生活经验与之前学习的知识，引导学生体验、判断单摆的运动是不是简谐运动，然后通过演示试验及其理论的分析得出单摆在摆角很小时的振动属于简谐运动；后又规定用试验措施定性分析单摆的周期及用单摆测量重力加速度。

教学中波及到了较多的物理思想措施，如理想模型法、近似法、图像法、控制变量法等，是高中物理的重要内容之一。这样使教材的容量变大，研究措施增多，对教师驾驭教材的能力提出了较高规定。

本节教材的重点是引导学生通过试验，研究和探索物理规律，使学生在理解和掌握物理规律的同步，充足认识物理学是一门试验科学，提高试验操作和研究能力。2．学情分析（1）思维基础

学生已经初步有了探究事物的一般措施，即“是什么？──怎么样？──为何？”的思维措施。根据新课程重视“过程与措施”的教学理念和高二学生由直观认识向逻辑推理、试验推理过渡阶段的认识特点，本设计中就通过创设问题情景，鼓励学生自己提出想要研究的问题。（2）心理特点

根据高中生求异思维很活跃的特点，通过试验和多媒体手段满足学生渴望获取新知识的需求学生在强烈爱好（名人事迹引入）的驱使下，运用已经有知识进行新规律的探究，既有挑战性，也有成就感。（3）已经有知识学生对机械振动的初步理解。在上这节课之前，通过前几节内容的学习，学生懂得了简谐振动的特点，通过生活中一种常见的模型——单摆，探究它的运动状况怎样，从而萌发了学生继续探究的爱好。（4）学生学习本课也许碰到的困难和问题对的的理论分析单摆的振动与否满足简谐运动的条件，通过试验定性定量分析单摆周期与摆长的关系，以及用单摆测量重力加速度时的试验措施和操作所带来的问题。【设计思想】本节设计的内容有四：一是认识物理模型——单摆，二是判断单摆的振动是不是简谐振动，三是探究单摆的周期于什么原因有关，四是学会运用单摆测定重力加速度的措施。现代教育理论认为，学生的学习过程实际上是一种以学生为认知主体，以学习内容为对象与周围环境互相作用，学生在原有知识基础上建构新知识从而到达学习目的的过程。

根据新课程“以人为本”的理念和本节教学目的规定，在整个教学过程中突出学生体验探究的主体地位。教学中遵照教师的启发、引导、总结和学生的自主探究的体验实践，由易到难、由特殊到一般的分层推进的认知规律，让学生比较轻易接受，从而突破难点内容和突出重点内容。教学中的创设物理情景，创设物理气氛，可使学生有身临其境之感以增强学生的感性认识；总结归纳与严格的数学推导以体现物理的严谨；以规律的运用体现物理的实用性。同步利于培养学生的观测、分析、归纳问题的能力和运用数学进行演绎推理的能力。【课

时】2课时【教学目的】

（一）知识与技能1、懂得单摆的构造以及单摆是一种理想模型。2、掌握单摆的答复力是重力沿切线方向的分力。3、理解单摆在偏角很小时可以近似地做简谐运动。4、懂得单摆振动的特点及周期公式。5、学会运用单摆测重力加速度。（二）过程与措施1、通过观测演示试验，从注射器所画出的图像判断单摆振动状况。2、通过对摆球的受力分析，掌握力按作用效果分的措施。3、通过理论分析，单摆所受力满足简谐运动所受答复力特点。4、采用控制变量研究问题的措施。（三）情感、态度与价值观1、培养学生发现和提出问题，并运用已经有知识探索学习新知识的能力。2、通过教学过程中各个教学环节的设计，如：观测、试验等，充足调动学生的积极性，激发学生的学习爱好。3、对学生进行实事求是的科学思想熏陶。【教学重点】1、单摆振动的答复力。2、单摆的偏解很小时满足简谐运动的条件

3、通过定性分析、试验、数据分析得出单摆周期公式【教学难点】1、单摆振动的答复力

2、用单摆测重力加速度【教学思绪】总体教学流程如下表：

【教法和方略】通过生活中的某些摆动事例，使学生弄清晰单摆的摆动是一种什么样的运动，这种运动有什么特点。将教师的讲解与学生的活动相结合，将演示试验定性探究与理论分析推理相结合，自主探究与交流讨论相结合，体现教学和学习方式的多样化。【教学准备】自制PPT课件、小球、细线以及支架、秒表、注射器、白纸、米尺等。【教学过程】一、提问夯基

1、<课件投影>思索提问：（1）本章中我们学习了机械振动，什么是机械振动？什么是简谐振动？（2）简谐振动的条件是什么？（3）简谐振动的图像是什么？（设计目的：为单摆的探究学习打下一种坚实的基础。）

二、新课导入

创境激意2、<播放视频>一种人在教堂观测灯的摆动画面。问询学生认识这个人吗？他是意大利著名的物理学家伽利略，一次在教堂中偶尔地观测到摇摆不定的灯，伽利略沉浸在思索中……伽利略观测到什么现象呢？（设计目的：为了激发学生的学习爱好，为本节课埋下伏笔。）三、体验实践，增强认识1、<单摆模型>单摆模型讲解（图1所示）

（1）由学生讨论后总结出单摆的构造：一根不可伸长的细线下面悬挂一种密度大的小球就构成了单摆。

（2）

拿出单摆，请学生仔细观测并总结单摆的特点。（设计目的：通过学生自己阅读理解的单摆与试验中的单摆对比，是学生经历一种感性认识过程，从而更好的去认识单摆。）图1

四、引导探究，层层递进

1、探究单摆振动特性

（1）[提出问题]

我们认识了单摆，那么单摆振动是不是简谐运动呢？

（2）[进行猜测]

组织引导学生猜测讨论。

（3）[设计试验]

组织学生讨论、归纳，确定设计思想，制定计划：

<演示试验1>教材P13，细线下悬挂一种除去了柱塞的注射器，注射器向下喷出一束细细

的墨水。沿着摆动方向匀速拖动一种白纸，白纸上的墨迹便画出振动图像。

（4）[试验结论]试验所绘制的图像为正弦函数图像，从而可判断单摆的振动属于简谐振动。（设计目的：一是培养学生动手能力；二是提高学生学习爱好；三是借助试验所绘图像来判断单摆振动状况。）2、理论分析单摆振动特性取小球振动中的任意一种位置，此时偏角为θ（1）[提出问题]小球受哪几种力作用？画小球的受力分析图

引导学生思索：两力不在一条直线上，应当怎么处理呢？

θmg图2

（2）[理论推导]

径向：

切向：F回=

=

=

=

F回方向与x方向相反，F即为答复力满足简谐运动条件。表1、多媒体展示正弦与角度弧度制的大小关系角度12345Sina0.017450.03490.05320.06980.0872A0.017450.03490.05320.06990.0873

（3）[总结]

当θ≤5°时，单摆的振动可近似为简谐运动

（4）[强调]

其中用到了两个近似：(1)sinθ≈θ；(2)在小角度下位移直线与弧线近似相等。这两个近似成立的条件是摆角很小，θ≤5°。

3、单摆的周期（1）、定性分析

[提出问题]我们懂得了单摆振动时简谐振动，那么单摆振动的周期与什么原因有关呢？[进行猜测]引导学生猜测：单摆的质量、振幅、摆长对周期各有什么影响？

<演示试验2>教材P15图11.4-4。单摆的振幅、质量、摆长对周期各有什么影响？

在铁架台上固定两个单摆，按照如下几种状况，把它们拉起一定角度后同步释放，观测两摆的振动周期。

①两摆的振幅不一样（都在小偏角下）

②两摆的质量不一样③两摆的摆长不一样[提出问题]比较三种状况下两摆的周期，可以得出什么结论？[试验表明]单摆振动的周期与摆球质量无关，在振幅较小时与振幅无关，但与摆长有关，摆长越长，周期也越长。（设计目的：通过演示试验比较两个单摆在不一样的条件下的周期大小，学生通过观测进而得出试验结论。培养学生的观测能力和总结能力。）<深入思索>单摆周期与摆长之间有什么定量的关系呢？（2）、定量探究[设计试验]

根据所给器材组织学生设计并试验：测量在不一样摆长的单摆的周期

<学生试验>教材P15，细线上端固定在铁架台上，下端系一种小钢球，于是做成了一种

单摆。

测量摆长和摆的周期，得到一组数据。变化摆长，再得到几组数据。将试验数据输入计

算机，运用“几何画板”软件描点作图。表2：

探究单摆周期与摆长的关系试验表格摆长l/m10.90.80.70.60.5周期T/s

[试验竞赛]为了更好更快的完毕试验，将学生提成多组，让其中一组到讲台上去做，让讲台上的同学和下面同学构成试验竞赛。（设计目的：一是为营造学生自我探究的环境，激发学生的探究爱好；二是这样在课堂中恰当运用竞赛与鼓励评价，可以大大激发学生学习热情。）[试验成果]

通过将数据输入计算机，根据所制的图调整函数，发现周期T与T的图线完全拟合。表面单摆的周期T与成正比。[知识拓展]简介荷兰物理学家、天文学家、数学家惠更斯的研究成果：单摆做简谐运动的周期T与成正比，与成反比，而与摆球质量、振幅无关。[周期公式]简介单摆的周期公式（设计目的：指导学生通过试验进行科学探究，学会“试验采集数据”，并借助计算机当堂处理试验中得到的数据，“分析验证”。再通过理解物理学史——单摆周期的发现过程，拓展学生知识面。）五、应用扩展

[提出问题]

怎样运用单摆测出当地的重力加速度？

[思索讨论]

学生按前后桌四人分组讨论，简介测量措施。

<学生试验>学生动手做试验：①做单摆：取约1米长的线绳穿过带孔的小钢球，并打一种比小孔

大某些的结，然后拴在桌边的支架上。②用米尺量出摆线长，精确到毫米，用游标卡尺测摆球直径。③把单摆从平衡位置拉开一种角度放开它，使之在同一竖直平面内做简谐运动，用秒表测量单摆完毕（30～50次）全振动所用时间。④把测得的物理量的数值代入测量式，求出重力加速度的值。⑤变更摆长，重做几次试验，最终求出重力加速度的平均值。

[数据处理]

引导学生分析处理试验数据的措施有哪些，这个试验可以用哪些措施处理？怎么处理？哪种措施好些？（突出图像法的长处。）（设计目的：鼓励学生深入思索，规定学生操作规范、精确。掌握试验数据处理的措施和思绪。突出图像法的长处。）

六、例题导学<投影展示>例1、一种理想的单摆，已知其周期为T。假如重力加速度变为本来的1/2，振幅变为本来的1/3，摆长变为本来的1/4，摆球质量变为本来的1/5，它的周期变为多少？

〖解答〗：〖解后总结〗能对单摆周期公式纯熟掌握和应用。【归纳小结】（1）认识了单摆模型，懂得它是一种理想模型。（2）懂得单摆答复力的来源。（3）懂得单摆是一种简谐振动。（4）单摆周期的公式。（5）会运用单摆测定重力加速度的措施【板书设计】板书：

第四节

单摆一、单摆模型（理想模型）1、悬线应长、轻，且为刚性2、小球应小而重

二、单摆的振动特性

1、振动图像为正弦函数：

2、单摆答复力F=满足F=-kx

三、单摆的周期四、用单摆测重力加速度【课后思索】1、操场上学生荡秋千的运动是简谐运动吗？

2、教材P17思索与练习1、3题。【书面作业】完毕教材P17思索与练习”

2、4题。【设计阐明】1、本节课充足尊重学生自主学习的过程，即以归纳、概括为主的思维过程。它不是机械地反复历史中的“原始发明”，而是根据学生自己的体验，用他们自己的思维方式，重新建构有关物理知识，即学生的“再发明”过程。这对学习物理来说是非常故意义的。

2、本节课充足重视演示试验和学生的自我探究，以加强学生的自我体验，从而协助学生自主建构知识。虽然学生的探究过程看上去不如教师讲解来得快捷和省时，但对学生深刻理解大有裨益。此外，通过本节学习，学生收获的不仅仅是学习了单摆的有关知识，更重要的是学习了探究规律的一种措施。

3、本节课充足理顺知识逻辑关系，为学生的学习铺设台阶。要做到“知识序、教学序、认知序”三序合一，理顺知识序是前提。本节课的教学认识单摆，到单摆的振动状况分析，再到影响单摆振动周期的原因的探究，逐次开展。最终将知识运用——测重力加速度。此外，教师演示试验是学生试验的基础，教师在做演示试验时对试验原理和试验操作的讲解，其实都是对学生接下来的试验的指导。因此，这就易使学生在教学中得以拾阶而上，收获知识、获得成功体验。【教学小结】在学习了简谐振动之后，我们紧接着又学习了简谐振动的一种特例——单摆。在这一节的教学中，首先让学生可以精确认识单摆构造，再通过试验（单摆的振动图像）和理论分析（答复力特点）两方面进行论证单摆在偏角很小时属于简谐振动。最终用试验探究的措施研究了单摆的周期与什么原因