2.3单摆教学设计-高二上学期物理粤教版选择性

‍《单摆》教学设计【课题】单摆【教材】粤教版高中选择性必修一第二章第三节【教学时间】40分钟【教学对象】高中二年级学生【教学内容分析】1.课程标准对本节的要求:通过实验，探究单摆的周期与摆长的定量关系。知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。根据对课标的分析，本节课应侧重于影响单摆周期因素的实验探究环节，通过实验启发学生分析决定单摆周期的相关因素，再利用实验探究总结出结论，提出单摆周期公式，充分体现物理学科以实验为基础的特点，并逐步提高学生自主学习能力。2.教材的地位和作用:本节课《单摆》是粤教版高中选择性必修一第一章第三节的内容,“单摆”是机械振动的重要内容之一，粤教版中将其分为两节分别为单摆和用单摆测量重力加速度，本节课仅学习“单摆”这一节的内容。本节是简谐运动的实例应用，是简谐运动相关知识的典型应用载体，对单摆的学习能加深对简谐运动特征的认知，同时也能为后面学习阻尼振动、受迫振动和机械波打下基础。因此，本节课具有承上启下的作用，在本章中占有重要的地位，既是本章的核心内容又是本章的教学重点。【学生情况分析】1.学生的知识基础高二学生已经掌握了简谐运动的相关知识，具备数学上的基础，能够熟练运用控制变量法和计算机软件进行实验，符合学生的认知发展规律。但高二学生的实验操作能力仍略有欠缺，难以熟练应用计算机软件进行数据处理，即学生实验探究能力尚有欠缺，易形成学习障碍。2.学生的心理特点高二的学生具有好奇、好动、好强的心理特点，且能够积极主动地参与教学活动的特点，有一定的抽象思维和分析解决问题的能力。教学中要注意充分发挥探究实验的作用,调动学生学习的积极性和主动性。【教学目标】物理观念理解摆长、摆角、周期、振幅等概念；知道单摆的周期跟什么因素有关，了解单摆的周期公式；知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系；2.科学思维（1）能根据生活中大量的摆动原形，通过与弹簧振子做类比，构建“单摆”的理想化模型；（2）能从单摆周期与不同角度的关系，分析得出单摆小角度摆动时具有等时性的规律；（3）能从单摆等时性的结论，分析出单摆可能做简谐振动；3.科学探究（1）观察现象，提出可探究的问题，作出有依据的假设，用控制变量的方法设计探究周期与质量、周期与摆长关系的方案；（2）对观察到的摆角与周期数据进行分析，形成周期与摆角关系的结论；4.科学态度与责任（1）在实验探究的过程中，培养兴趣和求知欲，体验战胜困难、解决物理问题时的喜悦；（2）养成实事求是、尊重自然规律的科学态度，学会通过科学方法解决问题。【教学重点】探究单摆周期的实验设计与实施及单摆周期公式的理解【教学难点】确定单摆是简谐运动的研究以及对回复力的分析【教学策略设计】本节课在教学的指导思想上，始终坚持“教师为主导，学生为主体”的原则，通过教师创设问题情境和有效的设问引导，让学生亲历物理知识的构建过程。1.教学方法综合应用实验演示、讲授、谈话和讨论等多种方法,且与信息技术深度融合,把教学过程设计成以观察实验和已有知识为基础，以问题为主线的师生对话交流的过程。2.学法指导在学法指导上，让学生尝试自己观察思考、描述实验现象，分析概括，得出物理规律，使学生在获取知识过程中，领会物理学的研究方法，受到科学思维方法训练以及协作精神、探索精神等情感态度价值观教育。【教学用具】细绳；粗绳；橡皮筋；乒乓球；铁球；沙漏摆；安装了Phyphox软件的；电脑；多媒体投影和大屏幕设备。【教学流程图】知识回顾知识回顾希沃游戏回顾简谐运动知识点探究一：单摆模型的建立探究三：单摆的周期青鹿平台布置、统计作答情况课堂小结探究二：单摆的运动性质四种“绳+球”组合摆动演示+分析实验角度：沙漏摆实验（实时投影）动力学角度巩固练习新课导入图片和视频导入：吊灯摆动、海盗船、荡秋千、摆钟、单杠比赛Phyphox单摆实验、EXCEl作图多媒体投影思维导图新课讲授小结巩固【教学过程设计】教学环节和教学内容教师活动学生活动设计意图【知识回顾】利用希沃游戏回顾简谐运动相关知识点引导学生思考、回顾已学知识思考积极参与为新课教学做必要的知识准备【新课导入】展示图片、播放视频单杠上运动员摆动；吊灯摆动；海盗船；荡秋千；摆钟引导学生回忆情景，观察图片、视频情境特点提问学生：1、物理学的研究总是从简单到复杂，今天我们先来研究最简单的摆动。前面各种摆动中哪个最简单？观察现象认真思考并回答问题期待回答：吊灯和摆钟创设物理情境，用熟悉的情景作为载体，激发学生的学习兴趣和探索欲，让学生带着问题进入课堂。【探究一：单摆模型的建立】演示实验：演示四种“绳+球”组合摆动师生共同分析现象“细绳+乒乓球”：乒乓球摆动时空气阻力的影响很明显，很快就停下来，因此，小球的密度要大，如用铁球。“铁球+橡皮筋”：铁球在运动时既有摆动，又有沿橡皮筋方向的伸缩，因此，绳子不能有弹性。“铁球+粗绳”：绳子的质量比较大，运动时各部份速度大小不同，动能很难计算，因此，最好能够用质量可忽略的绳子，如细绳。“铁球+短线”：球在运动时既有摆动，也有相对绳子下端（与球连接处）的转动，与绳子相比，小球已经不“小”。提问学生：为什么这个摆动最简单？它们的装置有什么共同特点？这个摆动是否还可以简化？提出问题：前面我们用理想化的方法得到了弹簧振子模型，类似的，这些实际摆的运动是比较复杂的，而我们物理学上要研究它的运动规律，就要采用突出主要因素，忽略次要因素的方法，把它抽象成理想化模型。我们把理想化的最简单的摆称为单摆，那么它的条件是什么？期待回答：都有一个固定的点、有绳、有重物；可以简化为“绳+球”组合模型期待回答：一是忽略空气阻力的影响；二是不计绳子的质量；三是小球可看成质点；四是绳子无弹性。运用相互作用观念和能量观念，抽象出单摆模型。通过提问、引导、分析，得到单摆理想化的条件，同时也有助于学生理解什么是单摆。【探究二：单摆的运动性质】分析单摆结构，做出假设：单摆做的是简谐运动从实验角度验证猜想师生共同设计实验方案小组实验：沙漏摆实验学生进行实验的同时教师利用摄像功能，“直播”演示实验从动力学角度验证猜想学以致用播放视频：太空单摆实验在太空中没有重力影响，拉起小球后放手，小球会停在原位置，不产生摆动。提出问题：细线固定在某个点，下面挂一个小球，在摆动过程中不考虑线的收缩。当把小球从θ角处由静止释放，它将以O点为对称点往复运动，即做机械振动。那它是不是在做最简单、最基本的简谐运动呢？如何验证？提出问题：1、老师准备了沙摆、白纸，如何获得单摆的振动图像(xt图)？2、白纸应该怎么铺？3、为什么要匀速抽出白纸？引导学生进行实验操作，观察并思考实验现象提出问题：1、单摆在振动过程中受哪些力？2、是否是这两个力的合力提供回复力？3、那是谁提供了回复力？4、回复力的大小和方向有什么特点？教师强调推导中用到的两个近似成立的条件为摆角很小，即当θ<5°时，单摆振动是一种简谐运动引导学生思考太空单摆实验原理期待回答：画出位移时间图像看是否是正弦曲线；看单摆受到的回复力是否满足F期待回答：1、让沙摆振动起来，下面铺上白纸记录振动图像。2、白纸应该与单摆的振动方向垂直，将白纸匀速抽出。3、要保证时间均匀变化。进行实验，观察获得的振动图像，认真思考期待回答：1、重力、拉力2、重力沿切线方向的分力。3、回复力总是指向平衡位置，而重力的切向分力也总是指向平衡位置。4、大小为F=mgsinθ，方向沿圆弧切线方向认真观察、思考实验现象通过提问、分析，掌握证明简谐运动的两种方法。通过实验，切实观察单摆的振动图像，掌握获得振动图像的方法。通过受力分析，回复力概念的理解，知道单摆模型中谁提供向心力，谁提供回复力，进一步明确力与运动的关系。培养学生灵活运用知识解释物理现象的能力【探究三：单摆的周期】播放视频：小球的单摆运动演示实验（直播屏幕）：利用相同质量的铁球改变其摆长探究周期与摆长关系将细绳一端固定在铁架台上,另一端固定铁球上,做成一个摆。将打开Phyphox软件的放置在铁架台上,让铁球偏离平衡位置一个较小角度，点击运行按钮，放手后，Phyphox应用软件自动记录单摆的周期。再用Excel作TL、TL²、TL图，进行数据拟合。展示图片：分别改变振幅、质量、重力加速度时的结果图确定单摆周期公式T=2提出问题：1、那么单摆在做简谐运动过程中，周期与哪些因素有关呢？2、回复力与重力加速度有关，那周期是否也与重力加速度有关呢？3、那如何探究振幅、质量、摆长、重力加速度与周期之间的关系呢？应该采用什么样的实验方法呢？提问学生：根据数据画出了TL图象，依据图像，你们认为T与L有何关系呢？教师对TL图用直线进行拟合，得到拟合直线师生共同总结：非常接近过原点，考虑误差因素，可认为T与L成正比引导学生对结果图进行分析，得出结论：单摆周期与振幅、质量无关，重力加速度对单摆的周期也有影响，当重力加速度变大时，周期变小。荷兰物理学家惠更斯研究了单摆的摆动，定量得到：单摆做简谐运动的周期T跟摆长L的二次方根成正比，跟重力加速度g的二次方根成反比，跟振幅、摆球的质量无关。期待回答：1、可能与振幅、小球质量、摆长有关2、可能有关3、控制变量法。用两个单摆，控制其它量不变，分别改变振幅、摆长、质量、重力加速度。期待回答：因为不是直线，所以找不到T与L关系，可以尝试画TL²、TL图象对实验结果进行分析让学生经历猜想假设、设计实验、实验探究、合理外推的实验探究过程。通过实验现象，切实感受摆长、重力加速度对周期的影响。对实验数据进行分析，用计算机数据拟合图像，培养学生数据分析、合作交流等科学探究能力提高