單擺教學(xué)設(shè)計(jì)2014

1、單擺教學(xué)設(shè)計(jì)（第一課時(shí)）一、教學(xué)分析1、教材的地位與作用單擺是高中物理人教版選修3-4第11章第4節(jié)內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容安排在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量之后，屬于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例，起到了承上的作用。在學(xué)習(xí)“單擺”之前，學(xué)生們學(xué)習(xí)了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及其圖象，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅、周期、頻率以及回復(fù)力和能量等內(nèi)容。這里作為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例，來(lái)學(xué)習(xí)單擺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、受力情況和圖像特點(diǎn)，以加強(qiáng)對(duì)單擺內(nèi)容的理解，深化、突出了單擺這種簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。2、教材處理本節(jié)課內(nèi)容多、理論性強(qiáng)、探究過(guò)程復(fù)雜，所以用兩課時(shí)完成：第1課時(shí)學(xué)習(xí)單擺振動(dòng)的圖像和回復(fù)力、單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件等內(nèi)容。第2課時(shí)著重探究單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系。3、學(xué)情分析經(jīng)過(guò)

2、近兩年的高中學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了高中物理學(xué)中處理問(wèn)題的很多基本方法，具有了一定的思維能力和接受能力。但是由于本節(jié)課結(jié)合了數(shù)學(xué)知識(shí)，涉及到小角度的近似處理，這在高中物理學(xué)習(xí)中是第一次出現(xiàn)，學(xué)生對(duì)這樣的處理感覺(jué)有困難。二、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：1、知道什么是單擺，了解單擺的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)2、知道在擺角很小時(shí)單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程與方法：經(jīng)歷證明單擺運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，學(xué)生體會(huì)數(shù)學(xué)方法在物理中的應(yīng)用情感態(tài)度與價(jià)值觀：通過(guò)證明過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣和自覺(jué)性。并在學(xué)習(xí)證明的過(guò)程中，學(xué)會(huì)運(yùn)用科學(xué)態(tài)度、科學(xué)價(jià)值觀去克服困難、探究解決類似的問(wèn)題三、教學(xué)重點(diǎn)重點(diǎn)：?jiǎn)螖[振動(dòng)的特點(diǎn)依據(jù)：?jiǎn)螖[振動(dòng)是具體的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)

3、例，分析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)也就是分析質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的振幅、周期、位移、頻率、能量等一些物理量的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)單擺運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的分析、理解，學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)理解會(huì)更加深刻。四、教學(xué)難點(diǎn)難點(diǎn)：?jiǎn)螖[的回復(fù)力以及對(duì)小角度的近似處理。依據(jù)：在分析具體的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)學(xué)生往往不能正確的分析出回復(fù)力的來(lái)源，有的學(xué)生即使能夠分析出回復(fù)力的來(lái)源，也不知如何導(dǎo)出的形式，給解決問(wèn)題帶來(lái)了困難，因此將這個(gè)問(wèn)題設(shè)置為難點(diǎn)。五、課前準(zhǔn)備本節(jié)內(nèi)容屬于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例，主要解決兩個(gè)問(wèn)題：1、認(rèn)識(shí)單擺 2、用圖象法和公式法證明單擺的振動(dòng)屬于簡(jiǎn)諧振動(dòng)，基于這個(gè)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的有效性，教師可以針對(duì)這個(gè)目標(biāo)可布置以下預(yù)習(xí)作業(yè)。1、指導(dǎo)學(xué)生自

4、制單擺，畫出單擺的x-t圖象，對(duì)單擺的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)有一定的認(rèn)識(shí)2、在證明了豎直方向彈簧振子的運(yùn)動(dòng)屬于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生閱讀教材、分析教材自行證明單擺的運(yùn)動(dòng)是不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。3、課件。六、教學(xué)過(guò)程（一）引入新課前面我們學(xué)習(xí)了彈簧振子，知道了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。在日常生活中，我們還常?？匆?jiàn)擺鐘、蕩船、秋千都在豎直平面內(nèi)做擺動(dòng)，這些擺動(dòng)是屬于一種什么樣的運(yùn)動(dòng)呢？今天我們來(lái)學(xué)習(xí)最簡(jiǎn)單的擺動(dòng)單擺的運(yùn)動(dòng)。本堂課主要解決兩個(gè)問(wèn)題1、知道什么是單擺。2、證明單擺的運(yùn)動(dòng)是不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)意圖：交代清楚本節(jié)的任務(wù)，使學(xué)生心中有數(shù)。（二）進(jìn)行新課板書：11.4 單擺1、單擺模型（1）單擺：一根不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩，一端固定

5、，另一端與小球相連，如果細(xì)線的質(zhì)量與小球相比可以忽略，求的直徑與線的長(zhǎng)度相比可以忽略，忽略空氣阻力的影響，這樣的裝置叫單擺。教師活動(dòng)：由學(xué)生閱讀教材，得出單擺的定義。教師對(duì)定義進(jìn)行補(bǔ)充說(shuō)明。設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，加深對(duì)單擺概念的理解。教師活動(dòng)：這樣的裝置在生活中存在嗎？設(shè)計(jì)意圖：使學(xué)生意識(shí)到這樣的裝置在現(xiàn)實(shí)生活中不存在，是一種理想化模型。（2）單擺是實(shí)際擺的理想化模型（3）判斷下列模型是否屬于單擺模型教師活動(dòng)：展示幾幅圖片，讓學(xué)生判斷是否屬于單擺模型。設(shè)計(jì)意圖：使學(xué)生更加明確什么是單擺。2、單擺的運(yùn)動(dòng)教師活動(dòng)：?jiǎn)螖[在做振動(dòng)，這種振動(dòng)是不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)呢？需要我們證明，有幾種方法？學(xué)生：回答兩

6、種，圖象法和公式法設(shè)計(jì)意圖：針對(duì)兩種證明方法展開教學(xué)(1)畫單擺的x-t圖象 播放演示實(shí)驗(yàn)視頻，畫出單擺的x-t圖象，與正弦曲線十分相似 教師活動(dòng)：既然圖象與正弦曲線十分相似，那單擺的運(yùn)動(dòng)就有可能是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，那到底是不是？如果我們得到的圖像很準(zhǔn)確，我們可以去做擬合曲線，得到圖像如果嚴(yán)格滿足正弦規(guī)律，說(shuō)明就是。但這個(gè)對(duì)實(shí)驗(yàn)要求比較高，如果不是勻速拉動(dòng)也會(huì)得不到正弦曲線的。下面我們從另一個(gè)角度去做一個(gè)判斷，我們從力的特征用公式法去證明單擺的振動(dòng)是不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。教師活動(dòng)：凡是振動(dòng)都需要回復(fù)力，那單擺的回復(fù)力是什么力呢？設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生明確，接下來(lái)要尋找回復(fù)力。(2)單擺的回復(fù)力分析確定平衡位置當(dāng)擺球靜

7、止于O點(diǎn)時(shí)，擺球受到的重力G和懸線的拉力彼此平衡，O點(diǎn)就是單擺的平衡位置.實(shí)驗(yàn)演示單擺的振動(dòng)，分析回復(fù)力教師活動(dòng)：提問(wèn)單擺在振動(dòng)過(guò)程中受到哪些力作用？生：答FGF1F2PO教師活動(dòng)：教師由學(xué)生的回答板書單擺受力分析圖教師活動(dòng)：擺球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由誰(shuí)來(lái)提供？擺球做機(jī)械振動(dòng)的回復(fù)力由誰(shuí)來(lái)提供？學(xué)生討論后讓學(xué)生回答。教師活動(dòng)：?jiǎn)螖[振動(dòng)時(shí)在豎直平面內(nèi)做變速圓周運(yùn)動(dòng)，重力和拉力的合力產(chǎn)生兩種效果：一是使小球做圓周運(yùn)動(dòng)，速度大小發(fā)生變化，這個(gè)效果力稱為向心力。二是使小球總是有回到平衡位置的趨勢(shì)，這個(gè)效果力就是我們說(shuō)的回復(fù)力，因而單擺做變速圓周運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力就是合力在切線方向的分力，這個(gè)分力也是重力沿切線

8、方向的分力。教師活動(dòng)：板書 F=F2=mgsin教師活動(dòng)：由單擺的回復(fù)力的表達(dá)式能否看出單擺的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)呢？請(qǐng)同學(xué)們回憶一下簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力的特點(diǎn)。學(xué) 生：物體所受回復(fù)力的大小與位移大小成正比，并且總是指向平衡位置。表達(dá)式為：F=-kx。教師活動(dòng)：書上已給出了具體的推導(dǎo)過(guò)程，其中用到了兩個(gè)近似：(1)sin；(2)在小角度下OP直線與OP弧線近似相等。這兩個(gè)近似成立的條件是擺角很小，10。角度12345678Sin0.017450.03490.05320.06980.08720.104530.121870.13917弧度m0.017450.03490.05320.06990.08730.10

9、4720.122170.13963由上表我們可知在5之內(nèi)，并且以弧度為角度單位，sin。教師活動(dòng)：在這個(gè)基礎(chǔ)上，接下來(lái)請(qǐng)大家按照教材上的提示，導(dǎo)出回復(fù)力與位移的關(guān)系。（3）關(guān)于單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件推導(dǎo)：在擺角很小時(shí)，sin又回復(fù)力mgsin mg（表示擺球偏離平衡位置的位移，l表示單擺的擺長(zhǎng)）師生分析得到：在擺角很小時(shí)，回復(fù)力的方向與擺球偏離平衡位置的位移方向相反，大小成正比，單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。教師：我們知道簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象是正弦(或余弦曲線)，那么在擺角很小的情況下，既然單擺做的是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，它振動(dòng)的圖象也是正弦或余弦曲線。我們之前的單擺振動(dòng)圖像在角度很小時(shí)是正弦曲線?？偨Y(jié)：從實(shí)際得到的圖象和理論

10、上中均可看出：在擺角很小的情況下，考慮實(shí)驗(yàn)觀察的方便，認(rèn)為在時(shí)，單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。（4）用量角器畫出角設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生感受角，到底有多大。七、課堂訓(xùn)練1、單擺作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的回復(fù)力是（ ） A.擺球的重力 B.擺球重力沿圓弧切線的分力 C.擺線的拉力 D.擺球重力與擺線拉力的合力2、振動(dòng)的單擺小球通過(guò)平衡位置時(shí)，關(guān)于小球受到的回復(fù)力及合外力的說(shuō)法正確的（ ）A.回復(fù)力為零，合外力不為零，方向指向懸點(diǎn)B.回復(fù)力不為零，方向沿軌跡的切線C.合外力不為零，方向沿軌跡的切線D.回復(fù)力為零，合外力也為零3、下圖左為單擺的振動(dòng)圖像，右圖為單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況圖，請(qǐng)?jiān)谟覉D中指出時(shí)刻擺球所在的實(shí)際位置及振動(dòng)方向. 4、如圖所示是一單擺的振動(dòng)圖像，在1、2時(shí)刻相同的物理量是A.位移 B.速度 C.加速度 D.勢(shì)能八、課堂小結(jié)本節(jié)課主要研究了什么是單擺，并證明了在擺角很小時(shí)，單擺的運(yùn)動(dòng)可以看作是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，并體會(huì)近似法在處理物理問(wèn)題中的方便。前面我們所學(xué)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是以彈簧振子系統(tǒng)為例，單擺振動(dòng)和彈簧振子不同，從回復(fù)力