《单摆》教学设计Word格式.docx

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正确的理论分析单摆的振动是否满足简谐运动的条件，通过实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实验方法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因素有关，四是学会运用单摆测定重力加速度的方法。

现代教育理论认为，学生的学习过程实际上是一个以学生为认知主体，以学习内容为对象与周围环境相互作用，学生在原有知识基础上建构新知识从而达到学习目的的过程。

依据新课程“以人为本”的理念和本节教学目标要求，在整个教学过程中突出学生体验探究的主体地位。

教学中遵循教师的启发、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，让学生比较容易接受，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。

同时利于培养学生的观察、分析、归纳问题的能力和利用数学进行演绎推理的能力。

【课 

时】2课时

【教学目标】

（一）知识与技能

1、知道单摆的构造以及单摆是一种理想模型。

2、掌握单摆的回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、知道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）过程与方法

1、通过观察演示实验，从注射器所画出的图像判断单摆振动情况。

2、通过对摆球的受力分析，掌握力按作用效果分的方法。

3、通过理论分析，单摆所受力满足简谐运动所受回复力特点。

4、采用控制变量研究问题的方法。

（三）情感、态度与价值观

1、培养学生发现和提出问题，并利用已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：

观察、实验等，充分调动学生的积极性，激发学生的学习兴趣。

3、对学生进行实事求是的科学思想熏陶。

【教学重点】

1、单摆振动的回复力。

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、实验、数据分析得出单摆周期公式

【教学难点】

1、单摆振动的回复力

2、用单摆测重力加速度

【教学思路】总体教学流程如下表：

【教法和策略】

通过生活中的一些摆动事例，使学生弄清楚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，将演示实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>

思考提问：

（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个坚实的基础。

）

二、新课导入 

创境激意

2、<

播放视频>

一个人在教堂观察灯的摆动画面。

询问学生认识这个人吗？

他是意大利著名的物理学家伽利略，一次在教堂中偶然地观察到摇摆不定的灯，伽利略沉浸在思索中……伽利略观察到什么现象呢？

为了激发学生的学习兴趣，为本节课埋下伏笔。

三、体验实践，增强认识

单摆模型>

单摆模型解说（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

下面悬挂一个密度大的小球就组成了单摆。

（2） 

拿出单摆，请学生仔细观察并总结单摆的特点。

通过学生自己阅读理解的单摆与实验中的单摆对比，是学生经历一个感性认识过程，从而更好的去认识单摆。

图1

四、引导探究，层层递进

1、探究单摆振动特征

（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）[进行猜想] 

组织引导学生猜想讨论。

（3）[设计实验] 

组织学生讨论、归纳，确定设计思想，制定计划：

<

演示实验1>

教材P13，细线下悬挂一个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）[实验结论]实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。

一是培养学生动手能力；

二是提高学生学习兴趣；

三是借助实验所绘图像来判断单摆振动情况。

2、理论分析单摆振动特征

取小球振动中的任意一个位置，此时偏角为θ

（1）[提出问题]小球受哪几个力作用？

画小球的受力分析图

引导学生思考：

两力不在一条直线上，应该怎么处理呢？

θ

mg

图2

（2）[理论推导] 

径向：

切向：

F回=

= 

=

F回方向与x方向相反，F即为回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

1

2

3

4

5

Sina

0.01745

0.0349

0.0532

0.0698

0.0872

A

0.0699

0.0873

（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]我们知道了单摆振动时简谐振动，那么单摆振动的周期与什么因素有关呢？

[进行猜想]引导学生猜想：

单摆的质量、振幅、摆长对周期各有什么影响？

演示实验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，按照以下几种情况，把它们拉起一定角度后同时释放，观察两摆的振动周期。

①两摆的振幅不同（都在小偏角下）

②两摆的质量不同

③两摆的摆长不同

[提出问题]比较三种情况下两摆的周期，可以得出什么结论？

[实验表明]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。

通过演示实验比较两个单摆在不同的条件下的周期大小，学生通过观察进而得出实验结论。

培养学生的观察能力和总结能力。

进一步思考>

单摆周期与摆长之间有什么定量的关系呢？

（2）、定量探究

[设计实验] 

根据所给器材组织学生设计并实验：

测量在不同摆长的单摆的周期

学生实验>

教材P15，细线上端固定在铁架台上，下端系一个小钢球，于是做成了一个 

单摆。

测量摆长和摆的周期，得到一组数据。

改变摆长，再得到几组数据。

将实验数据输入计 

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实验表格

摆长l/m

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

周期T/s

[实验竞赛]为了更好更快的完成实验，将学生分成多组，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实验竞赛。

一是为营造学生自我探究的环境，激发学生的探究兴趣；

二是这样在课堂中恰当运用竞赛与激励评价，可以大大激发学生学习热情。

[实验结果] 

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]介绍荷兰物理学家、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]介绍单摆的周期公式

指导学生通过实验进行科学探究，学会“实验采集数据”，并借助计算机当堂处理实验中得到的数据，“分析验证”。

再通过了解物理学史——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] 

怎样利用单摆测出当地的重力加速度？

[思考讨论] 

学生按前后桌四人分组讨论，介绍测量方法。

学生动手做实验：

①做单摆：

取约1米长的线绳穿过带孔的小钢球，并打一个比小孔 

大一些的结，然后拴在桌边的支架上。

②用米尺量出摆线长，准确到毫米，用游标卡尺测摆球直径。

③把

单摆从平衡位置拉开一个角度放开它，使之在同一竖直平面内做简谐运动，用秒表测量单摆完成（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，重做几次实验，最后求出重力加速度的平均值。

[数据处理] 

引导学生分析处理实验数据的方法有哪些，这个实验可以用哪些方法处理？

怎么处理？

哪种方法好些？

（突出图像法的优点。

鼓励学生进一步思考，要求学生操作规范、精确。

掌握实验数据处理的方法和思路。

突出图像法的优点。

六、例题导学

投影展示>

例1、一个理想的单摆，已知其周期为T。

如果重力加速度变为原来的1/2，振幅变为原来的1/3，摆长变为原来的1/4，摆球质量变为原来的1/5，它的周期变为多少？

〖解答〗：

〖解后总结〗能对单摆周期公式熟练掌握和应用。

【归纳小结】

（1）认识了单摆模型，知道它是一种理想模型。

（2）知道单摆回复力的来源。

（3）知道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方法

【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、单摆的振动特征

1、振动图像为正弦函数：

2、单摆回复力F=

满足F=-kx 

三、单摆的周期

四、用单摆测重力加速度

【课后思考】

1、操场上学生荡秋千的运动是简谐运动吗？

2、教材P17思考与练习1、3题。

【书面作业】完成教材P17思考与练习” 

2、4题。

【设计说明】

1、本节课充分尊重学生自主学习的过程，即以归纳、概括为主的思维过程。

它不是机械地重复历史中的“原始创造”，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“再创造”过程。

这对学习物理来说是非常有意义的。

2、本节课充分重视演示实验和学生的自我探究，以加强学生的自我体验，从而帮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，更主要的是学习了探究规律的一种方法。

3、本节课充分理顺知识逻辑关系，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，到单摆的振动情况分析，再到影响单摆振动周期的因素的探究，逐次开展。

最后将知识运用——测重力加速度。

此外，教师演示实验是学生实验的基础，教师在做演示实验时对实验原理和实验操作的讲解，其实都是对学生接下来的实验的指导。

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个特例——单摆。

在这一节的教学中，首先让学生能够准确认识单摆构造，再通过实验（单摆的振动图像）和理论分析（回复力特点）两方面进行论证单摆在偏角很小时属于简谐振动。

最后用实验探究的方法研究了单摆的周期与什么因素有关，得出周期公式。

最后在教学基础上拓展，用单摆测定重力加速度方法。

将所学知识运用到生活中。

在单摆的探究实验中，运用了解决实际问题的一种方法：

提出问题→进行猜想→设计实验→实验探究→得出结论。

【教学反思】

1、物理实验教学中有“四个注重”：

注重理论知识的灵活应用、注重物理模型的合理构建，注重实验过程的因子控制、注重实验数据的科学处理。

课堂教学以学生为本，把实施过程具体化、步骤化，只有在这个过程中，才能不断提高学生的能力。

2、在教学过程中，学生充分发挥主观能动性，探究出了许多可行而值得推广的方案，如为了使单摆可以在同一竖直平面内做简谐运动，可以改单摆为双线摆等等。

学生也从中享受到了学习的快乐。