1.3 探究單擺的物理原理 教案

1.3探究單擺的物理原理教案1.3探究單擺的物理原理教案1.3探究單擺的物理原理教案V:1.0精細(xì)整理，僅供參考1.3探究單擺的物理原理教案日期：20xx年X月探究單擺的物理原理教案【教學(xué)目標(biāo)】（一）知識(shí)與技能1、知道什么是單擺，了解單擺的構(gòu)成。2、掌握單擺振動(dòng)的特點(diǎn)，知道單擺回復(fù)力的成因，理解擺角很小時(shí)單擺的振動(dòng)是簡諧運(yùn)動(dòng)。3、知道單擺的周期跟什么因素有關(guān)，了解單擺的周期公式，并能用來進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。4、知道用單擺可測定重力加速度。（二）過程與方法1、知道單擺是一種理想化的系統(tǒng)，學(xué)會(huì)用理想化的方法建立物理模型。2、通過單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)條件的教學(xué)，體會(huì)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。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1、單擺在小角度情況下做簡諧運(yùn)動(dòng)，它既有簡諧運(yùn)動(dòng)的共性，又有其特殊性，理解共性和個(gè)性的關(guān)系；2、當(dāng)單擺的擺角大小變化時(shí)，單擺的振動(dòng)也將不同，理解量變和質(zhì)變的變化規(guī)律。3、培養(yǎng)抓住主要因素，忽略次要因素的辨證唯物主義思想?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1、知道單擺回復(fù)力的來源及單擺滿足簡諧運(yùn)動(dòng)的條件；2、通過定性分析、實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析得出單擺周期公式。【教學(xué)難點(diǎn)】1、單擺振動(dòng)回復(fù)力的分析；2、與單擺振動(dòng)周期有關(guān)的因素。【教學(xué)方法】分析推理與歸納總結(jié)、數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)法、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、講授法與多媒體教學(xué)相結(jié)合?！窘虒W(xué)用具】單擺、秒表、米尺、條形磁鐵、裝有墨水的注射器（演示振動(dòng)圖象用）、CAI課件。【教學(xué)過程】(第一課時(shí))單擺的回復(fù)力（一）引入新課教師：1862年，18歲的伽利略離開神學(xué)院進(jìn)入比薩大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)，他的心中充滿著奇妙的幻想和對(duì)自然科學(xué)的無窮疑問，一次他在比薩大學(xué)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?cái)?shù)著數(shù)字，在一般人熟視無睹的現(xiàn)象中，他卻第一個(gè)明白了掛燈每擺動(dòng)一次的時(shí)間是相等的，于是制作了單擺的模型，潛心研究了單擺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，給人類奉獻(xiàn)了最初的能準(zhǔn)確計(jì)時(shí)的儀器。在第一節(jié)中我們以彈簧振子為模型研究了簡諧運(yùn)動(dòng)，日常生活中常見到擺鐘、擺錘等的振動(dòng)，這種振動(dòng)有什么特點(diǎn)呢？本節(jié)課我們來學(xué)習(xí)簡諧運(yùn)動(dòng)的另一典型實(shí)例——單擺。（二）進(jìn)行新課1．單擺（1）什么是單擺秋千和鐘擺等擺動(dòng)的物體最終都會(huì)停下來，是因?yàn)橛锌諝庾枇Υ嬖?，我們能不能由秋千和鐘擺擺動(dòng)的共性，忽略空氣阻力，抽象出一個(gè)簡單的物理模型呢？橡皮筋粗繩橡皮筋粗繩細(xì)繩繩繞在桿上細(xì)繩①第一種擺的懸繩是橡皮筋，伸縮不可忽略，不是單擺；②第二種擺的懸繩質(zhì)量不可忽略，不是單擺；③第三種擺的懸繩長度不是遠(yuǎn)大于球的直徑，不是單擺；④第四種擺的上端沒有固定，也不是單擺；⑤第五種擺是單擺。定義：如果懸掛小球的細(xì)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。單擺是實(shí)際擺的理想化模型：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(dāng)作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，此時(shí)懸線的長度就是擺長，實(shí)際單擺的擺長是從懸點(diǎn)到小球的球心。單擺的運(yùn)動(dòng)忽略了空氣阻力，實(shí)際的單擺在觀察的時(shí)間內(nèi)可以不考慮各種阻力。（2）單擺的擺動(dòng)①單擺的平衡位置當(dāng)擺球靜止在O點(diǎn)時(shí)，擺球受到重力G和懸線的拉力Ｆ＇作用，這兩個(gè)力是平衡的。O點(diǎn)就是單擺的平衡位置。②單擺的擺動(dòng)演示：用力將擺球拉離平衡位置，使懸線與豎直方向成一角度，然后釋放。F′GOAA′GF′Lθ分析：擺球被拉到位置A＇時(shí)，擺球受到重力G，繩的拉力F′GOAA′GF′Lθ結(jié)論：擺球沿著以平衡位置O為中點(diǎn)的一段圓弧做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這就是單擺的振動(dòng)。（用CAI課件模擬擺球所做的運(yùn)動(dòng)）2、單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)（1）單擺的回復(fù)力OAA′GF′LθG1G2OAA′GF′LθG1G2因?yàn)椋疲Т怪庇趘，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G1=Gsinθ=mgsinθ，G2=Gcosθ=mgcosθ。F′GOAA′GF′F′GOAA′GF′LθG1G2F=G1=mgsinθ（2）單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的推證在偏角很小時(shí)，sinθ≈又回復(fù)力Ｆ=mgsinθ所以單擺的回復(fù)力為（其中x表示擺球偏離平衡位置的位移，L表示單擺的擺長，負(fù)號(hào)表示回復(fù)力F與位移x的方向相反）對(duì)確定的單擺，m、g、L都有確定的數(shù)值，可以用一個(gè)常數(shù)表示，上式可以寫成可見：在偏角很小的情況下，單擺所受的回復(fù)力與偏離平衡位置的位移成正比而方向相反，單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)。（3）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證我們知道簡諧運(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，既然單擺做的是簡諧運(yùn)動(dòng)，它振動(dòng)的圖象也是正弦或余弦曲線。（讓學(xué)生親身體驗(yàn)一下振動(dòng)的圖象）實(shí)驗(yàn)：用裝有墨水的注射器，演示振動(dòng)圖象。（用實(shí)物投影儀投影）現(xiàn)象：注射器漏出的墨水灑到勻速拉動(dòng)的硬紙板上形成的圖線是正弦或余弦曲