2.3單擺教學(xué)設(shè)計(jì)-高二上學(xué)期物理粵教版選擇性

?《單擺》教學(xué)設(shè)計(jì)【課題】單擺【教材】粵教版高中選擇性必修一第二章第三節(jié)【教學(xué)時(shí)間】40分鐘【教學(xué)對(duì)象】高中二年級(jí)學(xué)生【教學(xué)內(nèi)容分析】1.課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本節(jié)的要求:通過實(shí)驗(yàn)，探究單擺的周期與擺長(zhǎng)的定量關(guān)系。知道單擺周期與擺長(zhǎng)、重力加速度的關(guān)系。根據(jù)對(duì)課標(biāo)的分析，本節(jié)課應(yīng)側(cè)重于影響單擺周期因素的實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，通過實(shí)驗(yàn)啟發(fā)學(xué)生分析決定單擺周期的相關(guān)因素，再利用實(shí)驗(yàn)探究總結(jié)出結(jié)論，提出單擺周期公式，充分體現(xiàn)物理學(xué)科以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的特點(diǎn)，并逐步提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。2.教材的地位和作用:本節(jié)課《單擺》是粵教版高中選擇性必修一第一章第三節(jié)的內(nèi)容,“單擺”是機(jī)械振動(dòng)的重要內(nèi)容之一，粵教版中將其分為兩節(jié)分別為單擺和用單擺測(cè)量重力加速度，本節(jié)課僅學(xué)習(xí)“單擺”這一節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的實(shí)例應(yīng)用，是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)相關(guān)知識(shí)的典型應(yīng)用載體，對(duì)單擺的學(xué)習(xí)能加深對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)特征的認(rèn)知，同時(shí)也能為后面學(xué)習(xí)阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)和機(jī)械波打下基礎(chǔ)。因此，本節(jié)課具有承上啟下的作用，在本章中占有重要的地位，既是本章的核心內(nèi)容又是本章的教學(xué)重點(diǎn)。【學(xué)生情況分析】1.學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)高二學(xué)生已經(jīng)掌握了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)，具備數(shù)學(xué)上的基礎(chǔ)，能夠熟練運(yùn)用控制變量法和計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。但高二學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力仍略有欠缺，難以熟練應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力尚有欠缺，易形成學(xué)習(xí)障礙。2.學(xué)生的心理特點(diǎn)高二的學(xué)生具有好奇、好動(dòng)、好強(qiáng)的心理特點(diǎn)，且能夠積極主動(dòng)地參與教學(xué)活動(dòng)的特點(diǎn)，有一定的抽象思維和分析解決問題的能力。教學(xué)中要注意充分發(fā)揮探究實(shí)驗(yàn)的作用,調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。【教學(xué)目標(biāo)】物理觀念理解擺長(zhǎng)、擺角、周期、振幅等概念；知道單擺的周期跟什么因素有關(guān)，了解單擺的周期公式；知道單擺周期與擺長(zhǎng)、重力加速度的關(guān)系；2.科學(xué)思維（1）能根據(jù)生活中大量的擺動(dòng)原形，通過與彈簧振子做類比，構(gòu)建“單擺”的理想化模型；（2）能從單擺周期與不同角度的關(guān)系，分析得出單擺小角度擺動(dòng)時(shí)具有等時(shí)性的規(guī)律；（3）能從單擺等時(shí)性的結(jié)論，分析出單擺可能做簡(jiǎn)諧振動(dòng)；3.科學(xué)探究（1）觀察現(xiàn)象，提出可探究的問題，作出有依據(jù)的假設(shè)，用控制變量的方法設(shè)計(jì)探究周期與質(zhì)量、周期與擺長(zhǎng)關(guān)系的方案；（2）對(duì)觀察到的擺角與周期數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成周期與擺角關(guān)系的結(jié)論；4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任（1）在實(shí)驗(yàn)探究的過程中，培養(yǎng)興趣和求知欲，體驗(yàn)戰(zhàn)勝困難、解決物理問題時(shí)的喜悅；（2）養(yǎng)成實(shí)事求是、尊重自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度，學(xué)會(huì)通過科學(xué)方法解決問題?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】探究單擺周期的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施及單擺周期公式的理解【教學(xué)難點(diǎn)】確定單擺是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的研究以及對(duì)回復(fù)力的分析【教學(xué)策略設(shè)計(jì)】本節(jié)課在教學(xué)的指導(dǎo)思想上，始終堅(jiān)持“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的原則，通過教師創(chuàng)設(shè)問題情境和有效的設(shè)問引導(dǎo)，讓學(xué)生親歷物理知識(shí)的構(gòu)建過程。1.教學(xué)方法綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)演示、講授、談話和討論等多種方法,且與信息技術(shù)深度融合,把教學(xué)過程設(shè)計(jì)成以觀察實(shí)驗(yàn)和已有知識(shí)為基礎(chǔ)，以問題為主線的師生對(duì)話交流的過程。2.學(xué)法指導(dǎo)在學(xué)法指導(dǎo)上，讓學(xué)生嘗試自己觀察思考、描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析概括，得出物理規(guī)律，使學(xué)生在獲取知識(shí)過程中，領(lǐng)會(huì)物理學(xué)的研究方法，受到科學(xué)思維方法訓(xùn)練以及協(xié)作精神、探索精神等情感態(tài)度價(jià)值觀教育?！窘虒W(xué)用具】細(xì)繩；粗繩；橡皮筋；乒乓球；鐵球；沙漏擺；安裝了Phyphox軟件的；電腦；多媒體投影和大屏幕設(shè)備?！窘虒W(xué)流程圖】知識(shí)回顧知識(shí)回顧希沃游戲回顧簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)探究一：?jiǎn)螖[模型的建立探究三：?jiǎn)螖[的周期青鹿平臺(tái)布置、統(tǒng)計(jì)作答情況課堂小結(jié)探究二：?jiǎn)螖[的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)四種“繩+球”組合擺動(dòng)演示+分析實(shí)驗(yàn)角度：沙漏擺實(shí)驗(yàn)（實(shí)時(shí)投影）動(dòng)力學(xué)角度鞏固練習(xí)新課導(dǎo)入圖片和視頻導(dǎo)入：吊燈擺動(dòng)、海盜船、蕩秋千、擺鐘、單杠比賽Phyphox單擺實(shí)驗(yàn)、EXCEl作圖多媒體投影思維導(dǎo)圖新課講授小結(jié)鞏固【教學(xué)過程設(shè)計(jì)】教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖【知識(shí)回顧】利用希沃游戲回顧簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生思考、回顧已學(xué)知識(shí)思考積極參與為新課教學(xué)做必要的知識(shí)準(zhǔn)備【新課導(dǎo)入】展示圖片、播放視頻單杠上運(yùn)動(dòng)員擺動(dòng)；吊燈擺動(dòng)；海盜船；蕩秋千；擺鐘引導(dǎo)學(xué)生回憶情景，觀察圖片、視頻情境特點(diǎn)提問學(xué)生：1、物理學(xué)的研究總是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，今天我們先來研究最簡(jiǎn)單的擺動(dòng)。前面各種擺動(dòng)中哪個(gè)最簡(jiǎn)單？觀察現(xiàn)象認(rèn)真思考并回答問題期待回答：吊燈和擺鐘創(chuàng)設(shè)物理情境，用熟悉的情景作為載體，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)入課堂?！咎骄恳唬?jiǎn)螖[模型的建立】演示實(shí)驗(yàn)：演示四種“繩+球”組合擺動(dòng)師生共同分析現(xiàn)象“細(xì)繩+乒乓球”：乒乓球擺動(dòng)時(shí)空氣阻力的影響很明顯，很快就停下來，因此，小球的密度要大，如用鐵球?！拌F球+橡皮筋”：鐵球在運(yùn)動(dòng)時(shí)既有擺動(dòng)，又有沿橡皮筋方向的伸縮，因此，繩子不能有彈性?！拌F球+粗繩”：繩子的質(zhì)量比較大，運(yùn)動(dòng)時(shí)各部份速度大小不同，動(dòng)能很難計(jì)算，因此，最好能夠用質(zhì)量可忽略的繩子，如細(xì)繩。“鐵球+短線”：球在運(yùn)動(dòng)時(shí)既有擺動(dòng)，也有相對(duì)繩子下端（與球連接處）的轉(zhuǎn)動(dòng)，與繩子相比，小球已經(jīng)不“小”。提問學(xué)生：為什么這個(gè)擺動(dòng)最簡(jiǎn)單？它們的裝置有什么共同特點(diǎn)？這個(gè)擺動(dòng)是否還可以簡(jiǎn)化？提出問題：前面我們用理想化的方法得到了彈簧振子模型，類似的，這些實(shí)際擺的運(yùn)動(dòng)是比較復(fù)雜的，而我們物理學(xué)上要研究它的運(yùn)動(dòng)規(guī)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。我們把理想化的最簡(jiǎn)單的擺稱為單擺，那么它的條件是什么？期待回答：都有一個(gè)固定的點(diǎn)、有繩、有重物；可以簡(jiǎn)化為“繩+球”組合模型期待回答：一是忽略空氣阻力的影響；二是不計(jì)繩子的質(zhì)量；三是小球可看成質(zhì)點(diǎn)；四是繩子無彈性。運(yùn)用相互作用觀念和能量觀念，抽象出單擺模型。通過提問、引導(dǎo)、分析，得到單擺理想化的條件，同時(shí)也有助于學(xué)生理解什么是單擺。【探究二：?jiǎn)螖[的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)】分析單擺結(jié)構(gòu)，做出假設(shè)：?jiǎn)螖[做的是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)從實(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)證猜想師生共同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案小組實(shí)驗(yàn)：沙漏擺實(shí)驗(yàn)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的同時(shí)教師利用攝像功能，“直播”演示實(shí)驗(yàn)從動(dòng)力學(xué)角度驗(yàn)證猜想學(xué)以致用播放視頻：太空單擺實(shí)驗(yàn)在太空中沒有重力影響，拉起小球后放手，小球會(huì)停在原位置，不產(chǎn)生擺動(dòng)。提出問題：細(xì)線固定在某個(gè)點(diǎn)，下面掛一個(gè)小球，在擺動(dòng)過程中不考慮線的收縮。當(dāng)把小球從θ角處由靜止釋放，它將以O(shè)點(diǎn)為對(duì)稱點(diǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即做機(jī)械振動(dòng)。那它是不是在做最簡(jiǎn)單、最基本的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)呢？如何驗(yàn)證？提出問題：1、老師準(zhǔn)備了沙擺、白紙，如何獲得單擺的振動(dòng)圖像(xt圖)？2、白紙應(yīng)該怎么鋪？3、為什么要?jiǎng)蛩俪槌霭准?？引?dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，觀察并思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出問題：1、單擺在振動(dòng)過程中受哪些力？2、是否是這兩個(gè)力的合力提供回復(fù)力？3、那是誰提供了回復(fù)力？4、回復(fù)力的大小和方向有什么特點(diǎn)？教師強(qiáng)調(diào)推導(dǎo)中用到的兩個(gè)近似成立的條件為擺角很小，即當(dāng)θ<5°時(shí)，單擺振動(dòng)是一種簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生思考太空單擺實(shí)驗(yàn)原理期待回答：畫出位移時(shí)間圖像看是否是正弦曲線；看單擺受到的回復(fù)力是否滿足F期待回答：1、讓沙擺振動(dòng)起來，下面鋪上白紙記錄振動(dòng)圖像。2、白紙應(yīng)該與單擺的振動(dòng)方向垂直，將白紙勻速抽出。3、要保證時(shí)間均勻變化。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察獲得的振動(dòng)圖像，認(rèn)真思考期待回答：1、重力、拉力2、重力沿切線方向的分力。3、回復(fù)力總是指向平衡位置，而重力的切向分力也總是指向平衡位置。4、大小為F=mgsinθ，方向沿圓弧切線方向認(rèn)真觀察、思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象通過提問、分析，掌握證明簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的兩種方法。通過實(shí)驗(yàn)，切實(shí)觀察單擺的振動(dòng)圖像，掌握獲得振動(dòng)圖像的方法。通過受力分析，回復(fù)力概念的理解，知道單擺模型中誰提供向心力，誰提供回復(fù)力，進(jìn)一步明確力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)解釋物理現(xiàn)象的能力【探究三：?jiǎn)螖[的周期】播放視頻：小球的單擺運(yùn)動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)（直播屏幕）：利用相同質(zhì)量的鐵球改變其擺長(zhǎng)探究周期與擺長(zhǎng)關(guān)系將細(xì)繩一端固定在鐵架臺(tái)上,另一端固定鐵球上,做成一個(gè)擺。將打開Phyphox軟件的放置在鐵架臺(tái)上,讓鐵球偏離平衡位置一個(gè)較小角度，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，放手后，Phyphox應(yīng)用軟件自動(dòng)記錄單擺的周期。再用Excel作TL、TL2、TL圖，進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。展示圖片：分別改變振幅、質(zhì)量、重力加速度時(shí)的結(jié)果圖確定單擺周期公式T=2提出問題：1、那么單擺在做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過程中，周期與哪些因素有關(guān)呢？2、回復(fù)力與重力加速度有關(guān)，那周期是否也與重力加速度有關(guān)呢？3、那如何探究振幅、質(zhì)量、擺長(zhǎng)、重力加速度與周期之間的關(guān)系呢？應(yīng)該采用什么樣的實(shí)驗(yàn)方法呢？提問學(xué)生：根據(jù)數(shù)據(jù)畫出了TL圖象，依據(jù)圖像，你們認(rèn)為T與L有何關(guān)系呢？教師對(duì)TL圖用直線進(jìn)行擬合，得到擬合直線師生共同總結(jié)：非常接近過原點(diǎn)，考慮誤差因素，可認(rèn)為T與L成正比引導(dǎo)學(xué)生對(duì)結(jié)果圖進(jìn)行分析，得出結(jié)論：?jiǎn)螖[周期與振幅、質(zhì)量無關(guān)，重力加速度對(duì)單擺的周期也有影響，當(dāng)重力加速度變大時(shí)，周期變小。荷蘭物理學(xué)家惠更斯研究了單擺的擺動(dòng)，定量得到：?jiǎn)螖[做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期T跟擺長(zhǎng)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、擺球的質(zhì)量無關(guān)。期待回答：1、可能與振幅、小球質(zhì)量、擺長(zhǎng)有關(guān)2、可能有關(guān)3、控制變量法。用兩個(gè)單擺，控制其它量不變，分別改變振幅、擺長(zhǎng)、質(zhì)量、重力加速度。期待回答：因?yàn)椴皇侵本€，所以找不到T與L關(guān)系，可以嘗試畫TL2、TL圖象對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析讓學(xué)生經(jīng)歷猜想假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)探究、合理外推的實(shí)驗(yàn)探究過程。通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，切實(shí)感受擺長(zhǎng)、重力加速度對(duì)周期的影響。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)擬合圖像，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)分析、合作交流等科學(xué)探究能力提高