單擺教學(xué)設(shè)計

1、?單擺?教學(xué)設(shè)計【教學(xué)內(nèi)容】人教版2021年4月第3版?普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理選修34?第十一章?機(jī)械振動?中第4節(jié)單擺【教學(xué)分析】1. 教材分析單擺的振動是簡諧運(yùn)動的重要特例，教材中安排這節(jié)內(nèi)容， 不僅使學(xué)生了解一種典型的簡諧運(yùn)動，而且也對前面所學(xué)的簡諧運(yùn)動概念起到加深理解和穩(wěn)固的作用。本節(jié)教材首先給出一個理想模型一一單擺，結(jié)合生活經(jīng)驗與之前學(xué)習(xí)的知識，引導(dǎo)學(xué)生體驗、判斷單擺的運(yùn)動是不是簡諧運(yùn)動，然后通過演示實驗及其理論的分析得出單擺在擺角很小時的振動屬于簡 諧運(yùn)動；后又要求用實驗方法定性分析單擺的周期及用單擺測量重力加速度。教學(xué)中涉及到了較多的物理思想方法，如理想模型法、近似法、圖

2、像法、控制變量法等，是高中物理的 重要內(nèi)容之一。這樣使教材的容量變大， 研究方法增多，對教師駕馭教材的能力提出了較高 要求。本節(jié)教材的重點是引導(dǎo)學(xué)生通過實驗，研究和探索物理規(guī)律，使學(xué)生在理解和掌握物理規(guī)律的同時，充分認(rèn)識物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，提高實驗操作和研究能力。2 學(xué)情分析(1 )思維根底學(xué)生已經(jīng)初步有了探究事物的一般方法，即 是什么？ 一 么樣？ 一 什么？ 的思維方法。根據(jù)新課程重視過程與方法的教學(xué)理念和高二學(xué)生由直觀認(rèn)識向邏輯推理、實驗推理過渡階段的認(rèn)識特點，本設(shè)計中就通過創(chuàng)設(shè)問題情景，鼓勵學(xué)生自己提出想要研究的問題。(2 )心理特點依據(jù)高中生求異思維很活潑的特點，通過實驗和多媒體手

3、段滿足學(xué)生渴望獲取新知識的需 求學(xué)生在強(qiáng)烈興趣名人事跡引入的驅(qū)使下，利用已有知識進(jìn)行新規(guī)律的探究，既有挑戰(zhàn)性，也有成就感。3 已有知識學(xué)生對機(jī)械振動的初步了解。 在上這節(jié)課之前，通過前幾節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)， 學(xué)生知道了簡諧振 動的特點，通過生活中一種常見的模型 一一單擺，探究它的運(yùn)動情況如何， 從而萌發(fā)了學(xué)生 繼續(xù)探究的興趣。4 學(xué)生學(xué)習(xí)本課可能遇到的困難和問題正確的理論分析單擺的振動是否滿足簡諧運(yùn)動的條件，通過實驗定性定量分析單擺周期與擺長的關(guān)系，以及用單擺測量重力加速度時的實驗方法和操作所帶來的問題?！驹O(shè)計思想】本節(jié)設(shè)計的內(nèi)容有四：一是認(rèn)識物理模型一一單擺，二是判斷單擺的振動是不是簡諧振動，三是

4、探究單擺的周期于什么因素有關(guān)，四是學(xué)會運(yùn)用單擺測定重力加速度的方法?，F(xiàn)代教育理論認(rèn)為，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程實際上是一個以學(xué)生為認(rèn)知主體，以學(xué)習(xí)內(nèi)容為對象與周圍環(huán)境相互作用，學(xué)生在原有知識根底上建構(gòu)新知識從而到達(dá)學(xué)習(xí)目的的過程。依據(jù)新課程以人為本的理念和本節(jié)教學(xué)目標(biāo)要求，在整個教學(xué)過程中突出學(xué)生體驗探究的主體地 位。教學(xué)中遵循教師的啟發(fā)、引導(dǎo)、總結(jié)和學(xué)生的自主探究的體驗實踐，由易到難、由特殊 到一般的分層推進(jìn)的認(rèn)知規(guī)律，讓學(xué)生比擬容易接受，從而突破難點內(nèi)容和突出重點內(nèi)容。 教學(xué)中的創(chuàng)設(shè)物理情景，創(chuàng)設(shè)物理氣氛，可使學(xué)生有身臨其境之感以增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識； 總結(jié)歸納與嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)以表達(dá)物理的嚴(yán)謹(jǐn)；以規(guī)律

5、的運(yùn)用表達(dá)物理的實用性。同時利于培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析、歸納問題的能力和利用數(shù)學(xué)進(jìn)行演繹推理的能力?！菊n時】2課時【教學(xué)目標(biāo)】一知識與技能1知道單擺的構(gòu)造以及單擺是一種理想模型。2、掌握單擺的回復(fù)力是重力沿切線方向的分力。3、理解單擺在偏角很小時可以近似地做簡諧運(yùn)動。4、知道單擺振動的特點及周期公式。5、學(xué)會運(yùn)用單擺測重力加速度。二過程與方法1通過觀察演示實驗，從注射器所畫出的圖像判斷單擺振動情況。2、通過對擺球的受力分析，掌握力按作用效果分的方法。3、通過理論分析，單擺所受力滿足簡諧運(yùn)動所受回復(fù)力特點。4、采用控制變量研究問題的方法。三情感、態(tài)度與價值觀1培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題，并利用已有知識

6、探索學(xué)習(xí)新知識的能力。2、通過教學(xué)過程中各個教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計，如：觀察、實驗等，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，激 發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。3、對學(xué)生進(jìn)行實事求是的科學(xué)思想熏陶?！窘虒W(xué)重點】1單擺振動的回復(fù)力。2、單擺的偏解很小時滿足簡諧運(yùn)動的條件3、通過定性分析、實驗、數(shù)據(jù)分析得出單擺周期公式【教學(xué)難點】1單擺振動的回復(fù)力2、用單擺測重力加速度【教學(xué)思路】總體教學(xué)流程如下表：【教法和策略】通過生活中的一些擺動事例， 使學(xué)生弄清楚單擺的擺動是一種什么樣的運(yùn)動，這種運(yùn)動有什么特點。將教師的講解與學(xué)生的活動相結(jié)合，將演示實驗定性探究與理論分析推理相結(jié)合， 自主探究與交流討論相結(jié)合，表達(dá)教學(xué)和學(xué)習(xí)方式的多樣化?！窘虒W(xué)

7、準(zhǔn)備】自制PPT課件、小球、細(xì)線以及支架、秒表、注射器、白紙、米尺等?！窘虒W(xué)過程】一、提問夯基1、課件投影 思考提問：1本章中我們學(xué)習(xí)了機(jī)械振動，什么是機(jī)械振動？什么是簡諧振動？2簡諧振動的條件是什么？3簡諧振動的圖像是什么？設(shè)計目的：為單擺的探究學(xué)習(xí)打下一個堅實的根底。二、新課導(dǎo)入創(chuàng)境激意2、播放視頻 一個人在教堂觀察燈的擺動畫面。詢問學(xué)生認(rèn)識這個人嗎？他是意大利著名的物理學(xué)家伽利略，一次在教堂中偶然地觀察到搖擺不定的燈，伽利略沉浸在思索中 伽利略觀察到什么現(xiàn)象呢？設(shè)計目的：為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為本節(jié)課埋下伏筆。三、體驗實踐，增強(qiáng)認(rèn)識1、單擺模型 單擺模型解說圖1所示1由學(xué)生討論后總結(jié)出

8、單擺的構(gòu)造：一根不可伸長的細(xì)線F面懸掛一個密度大的小球就組成了單擺。2拿出單擺，請學(xué)生仔細(xì)觀察并總結(jié)單擺的特點。設(shè)計目的：通過學(xué)生自己閱讀理解的單擺與實驗中的單擺比照，是學(xué)生經(jīng)歷一個感性認(rèn)識過程，從而更好的去認(rèn)識單擺。圖1四、引導(dǎo)探究，層層遞進(jìn)1、探究單擺振動特征1提出問題我們認(rèn)識了單擺，那么單擺振動是不是簡諧運(yùn)動呢？2進(jìn)行猜測組織引導(dǎo)學(xué)生猜測討論。3設(shè)計實驗組織學(xué)生討論、歸納，確定設(shè)計思想，制定方案：演示實驗1教材P13,細(xì)線下懸掛一個除去了柱塞的注射器，注射器向下噴出一束細(xì)細(xì)的墨水。沿著擺動方向勻速拖動一種白紙，白紙上的墨跡便畫出振動圖 像。4 實驗結(jié)論實驗所繪制的圖像為正弦函數(shù)圖像，從而

9、可判斷單擺的振動屬于簡諧振動。設(shè)計目的：一是培養(yǎng)學(xué)生動手能力；二是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣； 三是借助實驗所繪圖像來判斷單擺振動情況。2、理論分析單擺振動特征取小球振動中的任意一個位置，此時偏角為01提出問題小球受哪幾個力作用？畫小球的受力分析圖 引導(dǎo)學(xué)生思考：兩力不在一條直線上，應(yīng)該怎么處理呢?2理論推導(dǎo)徑向：F-wgcos5 =v3力1切向：F回=噸血_X 噸一=1F回方向與x方向相反，F(xiàn)即為回復(fù)力滿足簡諧運(yùn)動條件。 表1、多媒體展示正弦與角度弧度制的大小關(guān)系角度12345Si na0.017450.03490.05320.06980.0872A0.017450.03490.05320.06990

10、.0873(3) 總結(jié)當(dāng)5時，單擺的振動可近似為簡諧運(yùn)動(4) 強(qiáng)調(diào)其中用到了兩個近似：(1)sin銓B; (2)在小角度下位移直線與弧線近似相等。這兩個近似成立的條件是擺角很小，其5°3、單擺的周期(1 )、定性分析提出問題我們知道了單擺振動時簡諧振動，那么單擺振動的周期與什么因素有關(guān)呢？進(jìn)行猜測引導(dǎo)學(xué)生猜測：單擺的質(zhì)量、振幅、擺長對周期各有什么影響？演示實驗2教材P15圖11.4-4。單擺的振幅、質(zhì)量、擺長對周期各有什么影響？在鐵架臺上固定兩個單擺，按照以下幾種情況，把它們拉起一定角度后同時釋放， 觀察兩擺的振動周期。 兩擺的振幅不同(都在小偏角下) 兩擺的質(zhì)量不同 兩擺的擺長不

11、同提出問題比擬三種情況下兩擺的周期，可以得出什么結(jié)論？實驗說明單擺振動的周期與擺球質(zhì)量無關(guān)，在振幅較小時與振幅無關(guān)，但與擺長有關(guān)，擺 長越長，周期也越長。(設(shè)計目的：通過演示實驗比擬兩個單擺在不同的條件下的周期大小，學(xué)生通過觀察進(jìn)而得出實驗結(jié)論。培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和總結(jié)能力。)進(jìn)一步思考 單擺周期與擺長之間有什么定量的關(guān)系呢？(2) 、定量探究設(shè)計實驗根據(jù)所給器材組織學(xué)生設(shè)計并實驗：測量在不同擺長的單擺的周期學(xué)生實驗 教材P15,細(xì)線上端固定在鐵架臺上， 下端系一個小鋼球，于是做成了一個 單 擺。測量擺長和擺的周期，得到一組數(shù)據(jù)。改變擺長，再得到幾組數(shù)據(jù)。將實驗數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)，運(yùn)用 幾何畫板軟

12、件描點作圖。表2：探究單擺周期與擺長的關(guān)系實驗表格擺長l/m10.90.80.70.60.5周期T/s實驗競賽為了更好更快的完成實驗，將學(xué)生分成多組，讓其中一組到講臺上去做，讓講臺 上的同學(xué)和下面同學(xué)構(gòu)成實驗競賽。設(shè)計目的：一是為營造學(xué)生自我探究的環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的探究興趣；二是這樣在課堂中恰當(dāng)運(yùn)用競賽與鼓勵評價，可以大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。實驗結(jié)果通過將數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)，根據(jù)所制的圖調(diào)整函數(shù)，發(fā)現(xiàn)周期T與T： '的圖線完全擬合。外表單擺的周期 T與：成正比。知識拓展介紹荷蘭物理學(xué)家、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家惠更斯的研究成果：單擺做簡諧運(yùn)動的周期T與：成正比，與-成反比，而與擺球質(zhì)量、振幅無關(guān)。周期

13、公式介紹單擺的周期公式噸設(shè)計目的：指導(dǎo)學(xué)生通過實驗進(jìn)行科學(xué)探究，學(xué)會 實驗采集數(shù)據(jù)，并借助計算機(jī)當(dāng)堂處理實驗中得到的數(shù)據(jù)， 分析驗證。再通過了解物理學(xué)史 一一單擺周期的發(fā)現(xiàn)過程，拓展 學(xué)生知識面。五、應(yīng)用擴(kuò)展提出問題怎樣利用單擺測出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?？思考討論學(xué)生按前后桌四人分組討論，介紹測量方法。V學(xué)生實驗 學(xué)生動手做實驗：做單擺：取約1米長的線繩穿過帶孔的小鋼球，并打一個比小孔 大一些的結(jié)，然后拴在桌邊的支架上。用米尺量出擺線長，準(zhǔn)確到毫米，用 游標(biāo)卡尺測擺球直徑。把單擺從平衡位置拉開一個角度放開它， 使之在同一豎直平面內(nèi)做簡諧運(yùn)動， 用秒表測量單擺 完成(3050次)全振動所用時間。把測得

14、的物理量的數(shù)值代入測量式，求出重力加速度的值。變更擺長，重做幾次實驗，最后求出重力加速度的平均值。數(shù)據(jù)處理引導(dǎo)學(xué)生分析處理實驗數(shù)據(jù)的方法有哪些，這個實驗可以用哪些方法處理？怎么處理？哪種方法好些？(突出圖像法的優(yōu)點。)(設(shè)計目的：鼓勵學(xué)生進(jìn)一步思考，要求學(xué)生操作標(biāo)準(zhǔn)、精確。掌握實驗數(shù)據(jù)處理的方法和思路。突出圖像法的優(yōu)點。)六、例題導(dǎo)學(xué)投影展示 例1、一個理想的單擺，其周期為T。如果重力加速度變?yōu)樵瓉淼?/2,振幅變?yōu)樵瓉淼?/3，擺長變?yōu)樵瓉淼?/4，擺球質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼?/5,它的周期變?yōu)槎嗌伲?解答解后總結(jié)能對單擺周期公式熟練掌握和應(yīng)用?！練w納小結(jié)】(1 )認(rèn)識了單擺模型，知道它是一種理想模

15、型。(2) 知道單擺回復(fù)力的來源。(3) 知道單擺是一種簡諧振動。(4) 單擺周期的公式。(5) 會運(yùn)用單擺測定重力加速度的方法【板書設(shè)計】板書：第四節(jié)單擺一、單擺模型(理想模型)1、懸線應(yīng)長、輕，且為剛性 2、小球應(yīng)小而重、單擺的振動特征1、 振動圖像為正弦函數(shù)：用gX2、單擺回復(fù)力F= 滿足F=-kx三、單擺的周期四、用單擺測重力加速度4次'【課后思考】1、操場上學(xué)生蕩秋千的運(yùn)動是簡諧運(yùn)動嗎？2、教材P17思考與練習(xí)1、3題?！緯孀鳂I(yè)】 完成教材P17思考與練習(xí)2、4題?！驹O(shè)計說明】1、本節(jié)課充分尊重學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過程，即以歸納、概括為主的思維過程。它不是機(jī)械地 重復(fù)歷史中的 原

16、始創(chuàng)造，而是根據(jù)學(xué)生自己的體驗，用他們自己的思維方式，重新建構(gòu)有 關(guān)物理知識，即學(xué)生的 再創(chuàng)造過程。這對學(xué)習(xí)物理來說是非常有意義的。2、本節(jié)課充分重視演示實驗和學(xué)生的自我探究，以加強(qiáng)學(xué)生的自我體驗，從而幫助學(xué)生自主建構(gòu)知識。雖然學(xué)生的探究過程看上去不如教師講解來得快捷和省時，但對學(xué)生深刻理解大有裨益。此外，通過本節(jié)學(xué)習(xí)，學(xué)生收獲的不僅僅是學(xué)習(xí)了單擺的有關(guān)知識，更主要的是學(xué)習(xí)了探究規(guī)律的一種方法。3、 本節(jié)課充分理順知識邏輯關(guān)系，為學(xué)生的學(xué)習(xí)鋪設(shè)臺階。要做到知識序、教學(xué)序、認(rèn)知序三序合一，理順知識序是前提。本節(jié)課的教學(xué)認(rèn)識單擺，到單擺的振動情況分析，再 到影響單擺振動周期的因素的探究，逐次開展。最后將知識運(yùn)用一一測重力加速度。此外，教師演示實驗是學(xué)生實驗的根底，教師在做演示實驗時對實驗原理和實驗操作的講解，其實 都是對學(xué)生接下來的實驗的指導(dǎo)。因此，這就易使學(xué)生在教學(xué)中得以拾階而上，收獲知識、獲得成功體驗?！窘虒W(xué)小結(jié)】在學(xué)習(xí)了簡諧振動之后， 我們緊接著又學(xué)習(xí)了簡諧振動的一個特例一一單擺。在這一節(jié)的教學(xué)中，首先讓學(xué)生能夠準(zhǔn)確認(rèn)識單擺構(gòu)造，再通過實驗單擺的振動圖像和理論分析回復(fù)力特點兩方面進(jìn)行論證單擺在偏角很小時屬于簡諧振動。最后用實驗探究的方法研究了單擺的周期與什么因素有關(guān)，得出周期公式。最后在教學(xué)根底上拓展， 用單擺測定重力加速度方法