高中人教物理選擇性必修一第2章第4節(jié)單擺教學(xué)設(shè)計

1、人教版高中物理選擇性必修1第2章第4節(jié)單擺教學(xué)設(shè)計課題 單擺單元2學(xué)科物理年級高二教材分析在學(xué)習(xí)單擺之前，學(xué)生學(xué)習(xí)了簡諧運(yùn)動及其圖像，簡諧運(yùn)動的振幅、周期、頻率以及回復(fù)力和能量等內(nèi)容，本節(jié)是簡諧運(yùn)動的應(yīng)用實(shí)例。通過學(xué)習(xí)受力和運(yùn)動情況均較為復(fù)雜的單擺，促進(jìn)學(xué)生對簡諧運(yùn)動規(guī)律的進(jìn)一步 理解和應(yīng)用，豐富學(xué)生的運(yùn)動與相互作用觀念。教材以“單擺的擺動是否為簡諧運(yùn)動?”作為問題啟發(fā)學(xué)生思考，通過對單擺回復(fù)力的分析推導(dǎo)和“做一做”觀察墨汁圖樣的實(shí)驗(yàn)，豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷和知識形成過程。通過對較為復(fù)雜的單擺的相關(guān)問題進(jìn)行分析和推理，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。探究單擺周期與擺長的關(guān)系時，先用控制變量法定性研究，再

2、用圖像法處理數(shù)據(jù)獲得定量結(jié)果，提升學(xué)生科學(xué)探究的能力。本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)是對單擺運(yùn)動規(guī)律和單擺周期公式的探究。單擺是簡諧運(yùn)動的典型模型之一，也是豐富學(xué)生運(yùn)動與相互作用觀的重要知識載體。本節(jié)的難點(diǎn)在于對單擺回復(fù)力的判定以及對小角度的近似處理，雖然教材在必修模塊已滲透極限思維，但大部分學(xué)生對小角度的近似處理缺少經(jīng)驗(yàn)，還會存在學(xué)習(xí)障礙。學(xué)習(xí)目標(biāo)物理觀念：知道什么是單擺，單擺的構(gòu)造，單擺回復(fù)力的來源?？茖W(xué)思維：掌握單擺振動的特點(diǎn)，理解擺角很小時單擺的振動是簡諧運(yùn)動?？茖W(xué)探究：會用單擺測定重力加速度。重點(diǎn)單擺振動的特點(diǎn)，理解擺角很小時單擺的振動是簡諧運(yùn)動。難點(diǎn)單擺振動的特點(diǎn)，理解擺角很小時單擺的振動是簡諧運(yùn)

3、動。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖導(dǎo)入新課生活中經(jīng)?？梢钥吹綉覓炱饋淼奈矬w在豎直平面內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。將一小球用細(xì)繩懸掛起來，把小球拉離最低點(diǎn)釋放后，小球就會來回擺動。小球的擺動是否為簡諧運(yùn)動呢?觀察生活中常見的懸掛起來的物體在豎直平面內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。 從實(shí)際生活情景出發(fā)，激發(fā)學(xué)生思考，引出新課內(nèi)容。講授新課思考討論1：什么是單擺？定義：一根不可伸長的細(xì)線下面懸掛一個小球就構(gòu)成了單擺。擺長：懸點(diǎn)到球心的距離擺角：擺到最高點(diǎn)時，擺線與豎直方向的夾角。單擺是實(shí)際擺的理想化模型。在細(xì)線的一端拴上一個小球，另一端固定在懸點(diǎn)上，如果線的伸縮和質(zhì)量可以忽略不計，球的直徑比線長短得多，這樣的裝置叫單擺。懸點(diǎn)

4、：固定細(xì)線：不可伸縮，質(zhì)量不計，長度遠(yuǎn)大于小球直徑。擺球：體積小，質(zhì)量大。課堂練習(xí)1、誰能看作單擺?答案：F思考討論2：如何若判斷單擺振動是不是簡諧運(yùn)動？用什么方法判斷？（1）根據(jù)回復(fù)力的規(guī)律F=-kx去判斷。（2）根據(jù)物體的振動圖像去判斷。一、單擺的回復(fù)力回復(fù)力大?。褐亓ρ厍芯€的分力提供回復(fù)力與該點(diǎn)速度方向在同一直線上，不斷改變速度大小方向：沿切線指向平衡位置向心力大小：與該點(diǎn)速度方向垂直，只改變速度方向方向：沿半徑指向懸點(diǎn)在擺角小于5度的條件下：Sin（弧度值）。當(dāng)很小時，x弧長，位移方向與回復(fù)力方向相反，擺角5的單擺運(yùn)動可認(rèn)為是簡諧運(yùn)動思考討論3：分析單擺運(yùn)動時其對平衡位置位移、回復(fù)力、

5、加速度、速度在一次全振動中的變化？單擺的振動圖像如圖，細(xì)線下懸掛一個除去了柱塞的注射器，注射器內(nèi)裝上墨汁。當(dāng)注射器擺動時，沿著垂直于擺動的方向勻速拖動木板，觀察噴在木板上的墨汁圖樣。結(jié)論：單擺振動的x-t圖象是一條正弦（余弦）函數(shù)圖像。綜上，在擺角很小的情況下，單擺做簡諧振動。課堂練習(xí)2、(多選)關(guān)于單擺擺球在運(yùn)動過程中的受力,下列結(jié)論正確的是( )A.擺球受重力、擺線的拉力作用B.擺球受重力、擺線的拉力、回復(fù)力作用C.擺球的回復(fù)力為零時,向心力最大D.擺球的回復(fù)力最大時,擺線中的拉力大小比擺球的重力大解析:單擺在運(yùn)動過程中,擺球受重力和擺線的拉力,重力沿圓弧切線的分力提供回復(fù)力,故A對、B錯

6、;在平衡位置處,回復(fù)力為零,速度最大,向心力最大,選項C正確;當(dāng)回復(fù)力最大時,擺球在最大位移處,速度為零,向心力為零,則拉力等于重力沿半徑方向的分力,即拉力小于重力,選項D錯誤。答案：AC思考討論4：擺角很小時，單擺做的是簡諧運(yùn)動，單擺的周期與什么因素有相關(guān)呢？二、單擺的周期1、實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法擺長l相同，擺角相同，觀察周期T與擺球質(zhì)量的關(guān)系？（視頻演示）擺球質(zhì)量相同，擺長l相同，觀察周期T與振幅的關(guān)系？（視頻演示）擺球質(zhì)量相同，振幅相同，觀察周期T與擺長l的關(guān)系？（視頻演示）2、實(shí)驗(yàn)結(jié)論在同一個地方，單擺周期T與擺球質(zhì)量和振幅無關(guān)，僅與擺長 l 有關(guān)系，且擺長越長，周期越大。單擺做簡諧運(yùn)

7、動的周期T與擺長L的二次方根成正比，與重力加速度g的二次方根成反比，與振幅、擺球質(zhì)量無關(guān)單擺的周期公式：做一做：改變擺長L,測出對應(yīng)的單擺周期T(在小偏角下)。根據(jù)你的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，嘗試在坐標(biāo)紙_上畫出T-L圖像或T-L2圖像。它們分別是什么曲線?你能根據(jù)圖像判斷單擺周期與擺長的關(guān)系嗎?3. 單擺周期的應(yīng)用（1）計時器：利用等時性惠更斯在1656年首先利用擺的等時性發(fā)明了帶擺的計時器（1657年獲得專利權(quán)）。周期T =2s的單擺叫做秒擺（2）測定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊脺y出單擺的擺長和周期就可求重力加速度課堂練習(xí)3、一個擺長為2 m的單擺,在地球上某地振動時,測得完成100次全振動所用的時間為284 s

8、。(1)求當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的大小。(2)把該單擺拿到月球上去,已知月球上的重力加速度是1.60 m/s2,則該單擺振動周期是多少?解析:(1)周期T=tn=284100 s=2.84 s由周期公式T=2lg得g=42lT2=43.14222.842 m/s2=9.78 m/s2。(2)T=2lg=23.1421.60 s=7.02 s。學(xué)生閱讀教材，找出單擺的定義個特點(diǎn)。掌握單擺的“理想化”特點(diǎn)。完成課堂練習(xí)。討論前幾課學(xué)習(xí)到的判斷簡諧運(yùn)動的方法。結(jié)合回復(fù)力的概念，對擺球進(jìn)行受力分析。嘗試證明單擺的回復(fù)力滿足F=-kx的形式。分析單擺運(yùn)動時其對平衡位置位移、回復(fù)力、加速度、速度在一次全振動中

9、的變化。觀察沙擺的圖像演示。觀察單擺的位移時間圖像。完成課堂練習(xí)。利用控制變量法探究實(shí)驗(yàn)規(guī)律。了解單擺周期性的應(yīng)用。完成課堂練習(xí)。以思考討論的方式引入新課，讓學(xué)生級級參與課堂，更好的理解深化所學(xué)知識。通過練習(xí)，掌握單擺的特點(diǎn)。通過對擺球的受力分析，明確單擺回復(fù)力的來源。提高學(xué)生自主分析問題的能力。小組討論，推導(dǎo)單擺的的回復(fù)力滿足的形式。小組討論，找出答案，讓學(xué)生更好的理解單擺運(yùn)動的特點(diǎn)。通過觀察實(shí)驗(yàn)，讓結(jié)論更加直觀，便于學(xué)生理解記憶。通過課堂練習(xí)，鞏固基礎(chǔ)知識。通過實(shí)驗(yàn)探究，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和歸納總結(jié)能力。學(xué)以致用，知道物理知識在生活、科技中的應(yīng)用。提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。通過課堂練習(xí)，鞏

10、固基礎(chǔ)知識。拓展提高1、(多選)單擺是為研究振動而抽象出的理想化模型,其理想化條件是( )A.擺線質(zhì)量不計B.擺線長度不伸縮C.擺球的直徑比擺線長度短得多D.只要是單擺的運(yùn)動就是一種簡諧運(yùn)動解析:單擺由擺線和擺球組成,擺線只計長度不計質(zhì)量,擺球只計質(zhì)量不計大小,且擺線不伸縮,選項A、B、C正確。但把單擺作為簡諧運(yùn)動來處理是有條件的,只有在擺角很小的情況下才能視單擺的運(yùn)動為簡諧運(yùn)動,選項D錯誤。答案：ABC2、下列關(guān)于單擺的說法正確的是()A.單擺擺球從平衡位置運(yùn)動到正向最大位移處時的位移為A(A為振幅),從正向最大位移處運(yùn)動到平衡位置時的位移為-AB.單擺擺球的回復(fù)力等于擺球所受的合外力C.單擺擺球的回復(fù)力等于擺球重力沿圓弧切線方向的分力D.單擺擺球經(jīng)過平衡位置時加速度為零解析:簡諧運(yùn)動中的位移是以平衡位置作為起點(diǎn),擺球在正向最大位移處時位移為A,在平衡位置時位移應(yīng)為零。擺球的回復(fù)力由重力沿圓弧切線方向的分力提供,線的拉力與重力沿擺線方向的分力的合力提供向心力,擺球經(jīng)最低點(diǎn)(振動的平衡位置)時回復(fù)力為零,但向心力不為零,所以合外力不為零;擺球到最高點(diǎn)時,向心力為零,回復(fù)力最大,合外力也不為零。答案：C3、將秒擺(周期為2 s的單擺)的周期變?yōu)? s,下面哪些措施是正確的()A.只將擺球質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼腂.只將振幅變?yōu)樵瓉淼?倍C.只將擺長變?yōu)樵瓉淼?倍D.只將擺長變?yōu)樵瓉淼?