2020-2021學年高中物理 第二章 機械振動 4 單擺教案1 新人教版選擇性必修第一冊

1、2020-2021學年高中物理 第二章 機械振動 4 單擺教案1 新人教版選擇性必修第一冊2020-2021學年高中物理 第二章 機械振動 4 單擺教案1 新人教版選擇性必修第一冊年級：姓名：- 7 -單擺【教學目標】一、知識與技能1知道什么是單擺。2理解擺角很小時單擺的振動是簡諧運動。3知道單擺的周期跟什么因素有關，了解單擺的周期公式，并能用來進行有關的計算。二、過程與方法1通過單擺的教學，知道單擺是一種理想化的系統(tǒng)，學會用理想化的方法建立物理模型。2通過單擺做簡諧運動條件的教學，體會用近似處理方法來解決物理問題。3通過研究單擺的周期，掌握用控制變量的方法來研究物理問題。4培養(yǎng)學生的觀察實驗

2、能力、思維能力。三、情感態(tài)度價值觀單擺在小角度情況下做簡諧運動，它既有簡諧運動的共性，又有其特殊性，理解共性和個性的概念。【教學重點】1了解單擺的構成。2知道單擺的回復力的形成。3單擺的周期公式?！窘虒W難點】1單擺做簡諧運動的條件擺角小于或等于5時的振動。2單擺振動的回復力是由什么力提供的。3單擺振動的周期與什么有關?！窘虒W過程】一、復習提問、新課導入1用投影片出示下列問題：什么樣的運動叫簡諧運動？答：物體在跟偏離平衡位置的位移大小成正比，并且總指向平衡位置的回復力作用下的振動，叫簡諧運動。簡諧運動的位移時間圖像具有什么特點？答：所有簡諧運動的位移時間圖像都是正弦或余弦曲線。什么是簡諧運動的周

3、期？答：做簡諧運動的物體完成一次全振動所用的時間，叫做振動的周期。2引入：講述故事1862年，18歲的伽利略離開神學院進入比薩大學學習醫(yī)學，他的中充滿著奇妙的幻想和對自然科學的無窮疑問，一次他在比薩大學忘掉了向上帝祈禱，雙眼注視著天花板上懸垂下來搖擺不定的掛燈，右手按著左手的脈搏，口中默默地數(shù)著數(shù)字，在一般人熟視無睹的現(xiàn)象中，他卻第一個明白了掛燈每擺動一次的時間是相等的，于是制作了單擺的模型，潛心研究了單擺的運動規(guī)律，給人類奉獻了最初的能準確計時的儀器。引入新課：本節(jié)課我們就來學習這一理想化模型單擺二、新課教學（一）簡諧運動的回復力1什么是單擺（1）學生閱讀課文有關內(nèi)容。（2）學生回答什么是單

4、擺。如果懸掛小球的細線的伸縮和質(zhì)量可以忽略，線長又比球的直徑大得多，這樣的裝置叫單擺。（3）激勵評價（回答得很好）并提出問題：為什么對單擺有上述限制要求呢？（4）講解：線的伸縮和質(zhì)量可以忽略使擺線有一定的長度而無質(zhì)量，質(zhì)量全部集中在擺球上。線長比球的直徑大得多，可把擺球當作一個質(zhì)點，只有質(zhì)量無大小，懸線的長度就是擺長。（5）總結：通過上述學習，我們知道單擺是實際擺的理想化的物理模型。2單擺的擺動（1）介紹單擺的平衡位置。出示一個單擺。分析：當擺球靜止在o點時，擺球受到哪些力的作用？這些力有什么關系？抽學生回答：擺球受到重力g和懸線的拉力作用，這二個力是平衡的。教師強調(diào)總結：當擺球靜止于o點時，

5、擺球受到的重力g和懸線的拉力彼此平衡，o點就是單擺的平衡位置。（2）單擺的擺動演示：用力將擺球拉離平衡位置，使擺線與豎直方向成一角度，然后釋放，并用cai課件模擬。提問：同學們認為擺球做什么運動？學生可能答：以懸掛點為圓心在豎直平面內(nèi)做圓弧運動。學生還可能答：擺球以平衡位置o為中心振動。教師總結，擺球沿著以平衡位置o為中點的一段圓弧做往復運動，這就是單擺的振動。問：是什么原因?qū)е聰[球以平衡位置o為中點的一段圓弧做往復運動呢？用cai課件模擬擺球所做的運動。分析：（如圖甲）擺球被拉到位置a時，擺球受到重力mg，繩的拉力f，且mg與拉力f不再平衡，所以擺球在這兩個力的共同作用下，將沿以o為中點的一

6、段圓弧做往復運動。3關于單擺的回復力老師說明：在研究擺球沿圓弧的運動情況時，要以不考慮與擺球運動方向垂直的力，而只考慮沿擺球運動方向的力，如圖乙所示。因為f垂直于v，所以，我們可將重力g分解到速度v的方向及垂直于v的方向。且g1gsinmgsin；g2gcosmgcos。說明：正是沿運動方向的合力g1mgsin提供了擺球擺動的回復力。4關于單擺做簡諧運動的條件推導：在擺角很小時，又回復力fmgsin，所以fmg（x表示擺球偏離平衡位置的位移，表示單擺的擺長）（注意：的得出教師應該利用上圖進行具體的推導，以便學生理解。）師生分析得到：在擺角很小時，回復力的方向與擺球偏離平衡位置的位移方向相反，大

7、小成正比，單擺做簡諧運動。教師講：我們知道簡諧運動的圖像是正弦（或余弦曲線），那么在擺角很小的情況下，既然單擺做的是簡諧運動，它振動的圖像也是正弦或余弦曲線。做沙擺實驗，并用實物投影儀投影漏斗的漏砂落到勻速拉動的硬紙板上形成的圖像是簡諧運動的圖像?？偨Y：從理論上和實際得到的圖像中均可看出：在擺角很小的情況下，單擺做簡諧運動。3單擺振動的周期（1）提出問題：決定單擺振動的周期的因素有哪些？（2）學生進行猜想單擺振動的周期可能與振幅、擺球質(zhì)量、擺長、重力加速度及空氣阻力有關。（3）教師說明：在擺角很小時，空氣阻力較小，可以忽略。（4）學生分組做對比實驗對比實驗甲組：當擺長為1m時，使振幅a18cm

8、，測出單擺的周期t1。乙組：當擺長為1m時，使振幅a25cm，測出單擺的周期t2。對比實驗甲組：當擺長為1m時，使擺球質(zhì)量為m，測出單擺的周期t2。乙組，當擺長為1m時，用橡皮泥均勻地粘在擺球周圍，測出單擺的周期t2。對比實驗甲組：當擺長為1m時，使用一定的質(zhì)量的擺球，測出單擺的周期t3。乙組：當擺長為0.64m時，使用和甲組質(zhì)量相同的擺球，測出單擺的周期t3。對比實驗甲組：單擺的擺球用鐵球（質(zhì)量為m）；測出單擺的周期t4。乙組：在甲組單擺擺球的平衡位置下方放一塊磁鐵（相當于重力加速度增大）測出單擺的周期t4。各組對實驗結果分析比較后，總結得到：單擺擺動的周期與單擺的振幅無關，與單擺的擺長、重力加速度有關。教師講：荷蘭物理學家惠更斯研究了單擺的擺動，定量得到：單擺的周期，即單擺振動時具有如下規(guī)律：a.單擺的振動周期與振幅的大小無關單擺的等時性。b.單擺的振動周期與擺球的質(zhì)量無關。c.單擺的振動周期與擺長的平方根成正比。d.單擺的振動周期與重力加速度的平方根成反比?！揪毩暀z測】1單擺由_和成_組成，保證單擺做簡諧運動的關鍵控制因素是_。2秒擺的周期是_（g9.8m/s2）時，秒擺的擺長大約是_米。（取兩位有效數(shù)字）3一個做簡諧運動的單擺，如果將它的擺角變小，下列說法正確的是（）a振動時的總能量不變b