高中物理《单摆》说课稿和教案

《单摆》说课稿尊敬的各位评委老师，大家好！我今天说课的题目是《单摆》。我主要从教材分析、说教学方法与学法、说教学过程、说板书设计等几个步骤向大家详细地讲解我对这节课的安排。一、教材分析1. 教材地位和作用《单摆》是高中物理选修3-4的第十一章第4节的内容。由于本节课只讲单摆的前面一部分，即单摆的回复力，不是高考重点，因此我们这节课只需要理解单摆即可。2. 教材特点本节课从现实生活的实例引入单摆，使学生能够形象地理解单摆模型，并且更贴近生活。本节课主要是从实验演示和受力分析这两个方面来判断单摆振动时，在做简谐运动。第一、实验演示能够直观地判断单摆做简谐运动，更容易理解，使学生能够认识到实验演示的重要性。第二、通过分析单摆的回复力满足，得到单摆振动时，做简谐运动，这又加强学生的理论知识。理论和实验结合，使学生能够更充分地理解单摆模型的特点。3. 教学目标知识与技能：（1）. 知道什么是单摆；（2）. 理解摆角很小时，单摆的振动是简谐运动。过程与方法：（1）. 通过单摆的教学，知道单摆是一种理想化模型，学会用理想化的方法来建立物理模型。（2）. 通过单摆做简谐运动的条件，学会用近似的方法处理物理问题。（3）. 培养学生的观察实验的能力、思维能力。情感态度与价值观：（1）. 单摆在小角度情况下做简谐运动，它既有简谐运动的共性，又有其特殊性。理解共性和特殊性的概念；（2）. 通过介绍科学家的情况，激发学生专研知识，探索科学的兴趣。鼓励学生勇于创新。4.教学中的重点和难点重点：知道单摆回复力的来源。难点：（1）.单摆做简谐运动的条件——摆角小于或等于时的振动。（2）.单摆振动回复力的来源。突破的方法：通过课堂实验和课件演示以及巩固练习来突破重难点，同时引导学生看书自主学习。二、教学与学法1.关于单摆的构成的教学——采用问题教学法进行。2关于单摆的振动，单摆的回复力教学——采用实验法、分析归纳法、推理法教学。3.关于单摆在摆角很小的情况下做简谐运动的证明——采用数学公式推导法进行。在教过学过程中，创设物理情景，并对学生提问，引导学生思考。在实验演示时，让学生跟据实验想象总结出结论。老师只是引导。充分调动学生的积极性，学生是课堂的主体。对学生而言，重要的是让他们学会学习，“教是为了不教”。让他们掌握获取新知识的过程和方法，养成良好的科学素养。因此在学习过程中，让学生主动参与、乐于探究、善于思考、勤于动手，注重搜集和处理信息，获取新知识解决问题。三、说教学过程通过一个简短的小视频里的荡秋千的画面引入新课单摆。拿着一个单摆模型，让学生自己总结单摆的特点，老师同时引导。并告诉他们单摆只是一个理想化模型，这种理想化物理思想用到很多地方，便于观察和分析。然后老师拿出几个模型，让学生判断哪个是单摆？为什么？加深学生对单摆模型的理解和认识。单摆振动时，提问在做什么运动？引导学生思考荡秋千时，秋千的运动过程。从现实中入手。如果是在做简谐运动，怎么判断呢？进而引导学生回顾前面学习简谐运动的两种判断方法。对于第一种方法，老师通过实验演示得到。本节课主要是讲述第二种判断方法。引导学生分析单摆的回复力。当单摆处于最低点时，通过分析，判断出，这就是它的平衡位置。当小球偏离平衡位置时，对小球再进行受力分析，得到，并分析这里的负号是表示矢量F和x的方向相反。这里得到这个前提是偏角小于或等于，这里采用近似思想，并告诉学生这种思想运用到很多方面，引导学生自己学会这种方法。通过对小球所受的回复力满足与其偏离平衡位置的大小成正比，并且指向平衡位置，得到单摆做简谐运动。四、说教反思本节课能遵循教学规律，通过多样化的教学方式、有层次地组织教学，进而突出了教学重点和难点。在探究过程中，有效地促进了学生的参与程度与认知程度。最主要的是，本堂课合理地运用了现代教育媒体的独特功能，创设了一个友好界面，使学生能在一个形象直观交互式的学习环境中，参与意识增强，学习的积极性、主动性得到充分的展现，最终达到了学有兴趣、学有所得的目的，实现了本堂课的教学目标。《单摆》教案（一）第1课时【教学目标】1．知识目标：（1）知道什么是单摆；（2）理解单摆振动的回复力来源及做简谐运动的条件；（3）知道单摆的周期和什么有关，掌握单摆振动的周期公式，并能用公式解题。2．能力目标：观察演示实验，概括出影响周期的因素，培养由实验现象得出物理结论的能力。【教学重点、难点分析】1．本课重点在于掌握好单摆的周期公式及其成立条件。2．本课难点在于单摆回复力的分析。解决方案：通过课堂实验和课件演示以及巩固练习来突破重难点，同时引导学生看书【教学方法】读书指导，猜想证明，实验对比，计算机辅助教学【教具】两个单摆（摆长相同，质量不同），计算机，大屏幕，自制CAI课件【教学过程】（－）引入新课在前面我们学习了弹簧振子，知道弹簧振子做简谐运动。那么：物体做简谐运动的条件是什么？答：物体做机械振动，受到的回复力大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反。今天我们学习另一种机械振动——单摆的运动（二）进行新课1、阅读课本第167页到168页第一段，思考：什么是单摆？（学生阅读毕，出示三个摆，问：以下三个摆是否是单摆？）生一：不是，橡皮筋的伸长不可忽略生二：不是，粗麻绳的质量不可忽略生三：不是，绳长不是远大于小球直径答：一根细线上端固定，下端系着一个小球，如果悬挂小球的细线的伸长和质量可以忽略，细线的长度又比小球的直径大得多，这样的装置就叫单摆。（教师拿出单摆展示，同时演示单摆振动，介绍单摆构成）物理上的单摆，是在一个固定的悬点下，用一根不可伸长的细绳，系住一个一定质量的质点，在竖直平面内摆动。所以，实际的单摆要求绳子轻而长，摆球要小而重。摆长指的是从悬点到摆球重心的距离。将摆球拉到某一高度由静止释放，单摆振动类似于钟摆振动。摆球静止时所处的位置就是单摆的平衡位置。物体做机械振动，必然受到回复力的作用，弹簧振子的回复力由弹簧弹力提供，单摆同样做机械振动，思考：单摆的回复力由谁来提供，如何表示？图２（教师画受力图。）图２1）平衡位置当摆球静止在平衡位置O点时，细线竖直下垂，摆球所受重力G和悬线的拉力F平衡，O点就是摆球的平衡位置。2）回复力将摆球拉离O点，从A位置释放，摆球在细线的拉力F和重力G的作用下,沿AOA’圆弧在平衡点O附近来回振动，当摆球运动到任一位置P时，此时摆球受重力G，拉力F作用，由于摆球沿圆弧运动，所以将重力分解成切线方向分力G1；和沿半径方向G2，重力分力G1不论是在O左侧还是右侧始终指向平衡位置，而且正是在G1作用下摆球才能回到平衡位置。（此处：平衡位置是回复力为零的位置。）因此G1就是摆球的回复力。单摆的回复力F回=G1=mgsinθ，单摆的振动是不是简谐运动呢？单摆受到的回复力F回=mgsinθ，如图：虽然随着单摆位移X增大，sinθ也增大，但是回复力F的大小并不是和位移成正比，单摆的振动不是简谐运动。但是，在θ值较小的情况下（一般取θ≤10°），在误差允许的范围内可以近似的认为sinθ=X/L，近似的有F=mgsinθ=(mg/L)x=kx（k=mg/L）,又回复力的方向始终指向O点，与位移方向相反，满足简谐运动的条件，即物体在大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反的回复力作用下的振动，F=-(mg/L)x=-kx（k=mg/L）为简谐运动。所以，当θ≤10°时，单摆振动是简谐运动。条件：摆角θ≤10°位移大时，单摆的回复力大，位移小，回复力小，当单摆经过平衡位置时，单摆的位移为0，回复力也为0，思考：此时，单摆所受的合外力是否为0？（学生思考，回答，根据学生的回答，引导。）单摆此时做的是圆周运动，做圆周运动的物体受向心力，单摆也不能例外，也受到向心力的作用（引导学生思考，单摆作圆周运动的向心力从何而来？）。在平衡位置，摆球受绳的拉力F和重力G的作用，绳的拉力大于重力G，它们的合力充当向心力。所以，单摆经过平衡位置时，受到的回复力为0，但是所受的合外力不为0。3．单摆的周期我们知道做机械振动的物体都有振动周期，请思考：单摆的周期受那些因素的影响呢？（引导学生猜想）生：可能和摆球质量、振幅、摆长有关。单摆的周期是否和这些因素有关呢？下面我们用实验来证实我们的猜想为了减小对实验的干扰，每次实验中我们只改变一个物理量，这种研究问题的方法就是——控制变量法。首先，我们研究摆球的质量对单摆周期的影响：那么就先来看一下摆球质量不同，摆长和振幅相同，单摆振动周期是不是相同。［演示1］将摆长相同，质量不同的摆球拉到同一高度释放。现象：两摆球摆动是同步的，即说明单摆的周期与摆球质量无关，不会受影响。这个实验主要是为研究属于简谐运动的单摆振动的周期，所以摆角不要超过10°。接下来看一下振幅对周期的影响。［演示2］摆角小于10°的情况下，把两个摆球从不同高度释放。（由一名学生来完成实验验证，教师加以指导）现象：摆球同步振动，说明单摆振动的周期和振幅无关。刚才做过的两个演示实验，证实了如果两个摆摆长相等，单摆振动周期和摆球质量、振幅无关。如果摆长L不等，改变了这个条件会不会影响周期？［演示3］取摆长不同，两个摆球从某一高度同时释放，注意要θ≤10°。（由一名学生来完成实验验证，教师加以指导）现象：两摆振动不同步，而且摆长越长，振动就越慢。这说明单摆振动和摆长有关。具体有什么关系呢？荷兰物理学惠更斯研究了单摆的振动，在大量可靠的实验基础上，经过一系列的理论推导和证明得到：单摆的周期和摆长l的平方根成正比，和重力加速度g的平方根成反比，周期公式：同时这个公式的提出，也是在单摆振动是简谐运动的前提下，条件：摆角θ≤10°由周期公式我们看到T与两个因素有关，当g一定，T与成正比；当L一定，T与成反比；L，g都一定，T就一定了，对应每一个单摆有一个固有周期T，周期的应用：单摆周期的这种周期和振幅无关的性质，叫做等时性。单摆的等时性是由伽利略首先发现的。（此处可以讲一下伽利略发现单摆等时性的，最早是由伽利略从教堂的灯的摆动发现的。）钟摆的摆动就具有这种性质，摆钟也是根据这个原理制成的，如果条件改变了，比如说摆钟走得慢了，那么就要把摆长调整一下，应缩短L，使T减小；如果这个钟在北京走得好好的，带到广州去会怎么样？由于广州g小于北京的g值，所以T变大，钟也会走慢；同样，把钟带到月球上钟也会变慢。我们还可以根据这个周期公式测某地的重力加速度，由公式可知只要测出单摆的摆长、周期，就可以得到单摆所在地的重力加速度。（三）课件演示通过课件演示，再现本课内容，形象直观，激发学生学习兴趣，达到知识巩固，理论升华的教学目的。（四）课堂小结本节课主要讲了单摆振动的规律，只有在θ<10°时单摆振动才是简谐运动；单摆振动周期，当g一定，T与成正比；当L一定，T与成反比。我们还可以根据这个周期公式测某地的重力加速度，由公式可知只要测出单摆的摆长、周期，就可以得到单摆所在地的重力加速度。附：例1：已知某单摆的摆长为L，振动周期为T，试表示出单摆所在地的重力加速度g.例2：有两个单摆，甲摆振动了15次的同时，乙摆振动了5次，则甲乙两个摆的摆长之比为_________练习1．振动的单摆小球通过平衡位置时，下例有关小球受到回复力的方向或数值说法正确的是：（）A指向地面B指向悬点C数值为零D垂直于摆线2．下面那种情况下，单摆的周期会增大？（）A增大摆球质量B缩短摆长C减小振幅D将单摆由山下移至山顶3．一个单摆的振动周期是2S，求下列作简谐运动情况下单摆的周期(1)摆长缩短为原来的1/4，单摆的周期为________s(2)摆球的质量减为原来的1/4，单摆的周期为________s(3)振幅减为原来的1/4，单摆的周期为________s4．把一个摆长为2.5m的单摆拿到月球上去，已知月球上的重力加速度为1.6m/s2，这个单摆的周期是多大？5．用摆长为24.8cm的单摆测定某地的重力加速度，测得完成120次全振动所用的时间为120s，求该地的重力加速度。6．甲乙两个单摆的摆长之比是4∶1，质量之比是1∶2，那么在甲摆振动5次的时间里，乙摆动了________次？《单摆》教案（二）第2课时【教学目标】：通过本节课的复习，进一步熟悉有关单摆的知识，能够熟练利用单摆的知识解决实际问题。【重点难点】：1、理解单摆在摆角很小（如不大于100）情况下，其振动是简谐运动。2、单摆模型的应用。【教学方法】：复习提问，课件演示，讲练结合【教学过程】（一）知识回顾（1）什么是单摆？（2）单摆振动的回复力来源于什么？单摆做简谐运动的条件是什么？（3）知道单摆的周期和什么有关？单摆振动的周期公式怎样？（4）演示课件《单摆》，增加学生的直观感受。（二）例题精讲例1.如下图所示，用两根长度都为L的绳线悬挂一个小球A，绳与水平方向的夹角为α，使球A垂直于纸面作摆角小于5°的摆动，当它经过平衡位置的瞬间，另一小球B从A球的正上方自由下落，并能击中A球，则B球下落的高度是

。分析解答：球A垂直于纸面作摆角小于5°的摆动，球A的运动是简谐振动，摆长为Lsinα，周期为T=。球B做自由落体运动，下落时间为t，下落高度h=gt2。当球A经过平衡位置的瞬间，B球开始下落，B球若能击中A球，B球下落时间应为A球做简谐振动半周期的整数倍，即t=nT/2。则n解出B球距A球的高度h=n2p2Lsinα(n=1、2、3…)点评：振动的周期性表现在它振动的状态每隔一个周期的时间重复出现，因此在讨论某一状态出现的时间时，要注意它的多值性，并会用数学方法表示。如本题中单摆小球从平衡位置出发再回到平衡位置的时间是半周期整数倍的一系列值。例2.若单摆的摆长不变，摆角小于5°，摆球质量增加为原来的4倍，摆球经过平衡位置的速度减小为原来的1/2，则单摆的振动（

）A.频率不变，振幅不变

B.频率不变，振幅改变C.频率改变，振幅改变

D.频率改变，振幅不变分析解答：单摆的周期T=，与摆球质量和振幅无关，只与摆长L和重力加速度g有关。当摆长L和重力加速度g不变时，T不变，频率f也不变。选项C、D错误。单摆振动过程中机械能守恒。如图5所示，摆球在极限位置A的重力势能等于摆球运动到平衡位置的动能，即mgL(1－cosθ)=mυ2/2，υ=，当υ减小为υ/2时，增大，α减小，振幅A减小，选项B正确。(三)课堂练习1、单摆的周期在下列何种情况时会增大（）A、增大摆球质量B、减小摆长C、把单摆从赤道移到北极D、把单摆从海平面移到高山2、甲乙两单摆，同时做简谐运动，甲完成10次全振动时，乙完成25次全振动，若乙的摆长为1m，则甲的摆长为__________。3、一单摆摆长为98cm，t=0时开始从平衡位置向右运动，则当t=1.2s时，下列关于单摆运动的描述正确的是（）A.正向左做减速运动，加速度正在增大B.正向左做加速运动，加速度正在减小C.正向右做减速运动，加速度正在增大D.正向右做加速运动，加速度正在增大（四）能力训练4、某学生利用单摆测定本地的重力加速度，他考虑了若干方案，其中正确的是（）A、测出单摆的振幅，摆长和振动周期B、测出单摆的摆角、摆球的质量和振动的振幅C、摆角只要小于5°，其实际角度不必测量，但需测出单摆的摆长和振动周期D、必须测出摆角大小，摆长和振动周期5、某学生利用单摆测定重力加速度，测得摆球的直径是2.0cm，悬线长是99.0cm，振动30次所需时间为60.0s，则测得的重力加速度值等于__________cm/s2。6、一单摆的摆长为78.1cm，当地的重力加速度为9.81m/s2，试求这个单摆的周期。如果将这个单摆放到月球上，月球的重力加速度是地球的0.16倍，其他条件不变，那么这个单摆在月球上的周期变为多少？（五）学习本节内容应注意的问题：①周期T与振幅、摆球质量无关，只与摆长L和所处地点重力加速度g有关。②单摆的摆长L是指悬挂点到摆球球心间的距离。参考答案1、D2、6.25m3、A4、C5、986.06、2s，5s《单摆》习题课Ⅰ知识回顾（1）什么是单摆？（2）单摆振动的回复力来源于什么？单摆做简谐运动的条件是什么？（3）知道单摆的周期和什么有关？单摆振动的周期公式怎样？Ⅱ例题精讲例1.如下图所示，用两根长度都为L的绳线悬挂一个小球A，绳与水平方向的夹角为α，使球A垂直于纸面作摆角小于5°的摆动，当它经过平衡位置的瞬间，另一小球B从A球的正上方自由下落，并能击中A球，则B球下落的高度是

。例2.若单摆的摆长不变，摆角小于5°，摆球质量增加为原来的4倍，摆球经过平衡位置的速度减小为原来的