2024-2025學(xué)年高中物理第一章機械振動2單擺教案2教科版選修3-4

PAGE7-單擺教材分析《單擺》是現(xiàn)行教科版一般中學(xué)物理選修3-4的第一章《機械振動》中其次節(jié)的內(nèi)容，是中學(xué)物理振動的核心內(nèi)容。它具有承上啟下的作用，作為簡諧運動的特例，既鞏固前節(jié)《機械振動簡諧運動》的基礎(chǔ)振動學(xué)問，又為第五節(jié)《學(xué)生試驗：利用單擺測量重力加速度》拋磚引玉，鋪墊理論學(xué)問。與此同時，單擺模型生活來源的引導(dǎo)，也為本章第三節(jié)、第四節(jié)振動相關(guān)學(xué)問做確定的鋪墊，使學(xué)習(xí)更貼近生活更具好玩味。學(xué)情分析秋千、鐘擺等生活實例讓學(xué)生對單擺的構(gòu)造、振動等有確定的感性認知。在理論學(xué)問方面，高二學(xué)生已經(jīng)駕馭了簡諧運動的相關(guān)學(xué)問，對搖擺物體的運動形式和受力特征都有確定的相識；在試驗方法和操作方面，他們能夠嫻熟運用限制變量法進行試驗設(shè)計，試驗動手實力有確定欠缺。更多的不足在思維實力上，在將單擺的運動向簡諧運動過渡時對學(xué)生發(fā)覺問題、綜合學(xué)問分析的實力要求較高，跨度較大，簡潔造成學(xué)生學(xué)習(xí)障礙。三、教學(xué)目標(biāo)依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，從學(xué)問與技能、過程與方法、情感看法與價值觀3方面確定教學(xué)目標(biāo)?！緦W(xué)問與技能】1、相識單擺的構(gòu)造與志向化條件，理解單擺的振動特點和相應(yīng)受力特征，知道單擺做簡諧運動的條件，駕馭單擺振動的周期公式，會利用公式進行基本計算2、能夠?qū)τ绊憜螖[周期的因素進行猜想，自主探討設(shè)計探究性驗證明驗，并通過思維分析，發(fā)覺問題，解決問題3、初步駕馭近似處理方法【過程與方法】1、通過單擺概念的學(xué)習(xí)過程，相識到建立物理模型對于物理學(xué)習(xí)和物理探討的重要性；2、通過分組自主探究單擺的振動特點和單擺周期的影響因素，學(xué)會用限制變量法設(shè)計探究性對比試驗，對問題進行定性分析【情感看法價值觀】認知抓住主要因素，忽視次要因素的辨證唯物主義思想；內(nèi)化視察現(xiàn)象—→發(fā)覺問題—→提出問題—→提出猜想—→試驗驗證—→得出結(jié)論的探究性科學(xué)探討方法，對學(xué)生進行實事求是的科學(xué)思想熏陶2、在探究的過程中，體會探究的艱辛與喜悅，體會合作的開心，培育合作學(xué)習(xí)、相互學(xué)習(xí)的習(xí)慣和實際動手實力四、教學(xué)重點、難點【重點】1.單擺回復(fù)力的推導(dǎo)及做簡諧運動的條件；2.探究單擺周期的試驗設(shè)計與實施及單擺周期公式的理解；【難點】對單擺振動的回復(fù)力的推導(dǎo)及對其近似處理得出單擺做簡諧運動的條件五、教法和學(xué)法為激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神、培育學(xué)生的綜合運用所學(xué)學(xué)問的實力，在教法上，我采納探討式學(xué)習(xí)方式，對問題的分析、處理上采納歸納推理方法。教學(xué)過程中突出物理學(xué)科重要的探討方法：現(xiàn)象視察—→提出問題—→提出假設(shè)—→建立模型—→試驗分析—→理論推導(dǎo)—→形成規(guī)律—→應(yīng)用實踐。力求使學(xué)生通過《單擺》的學(xué)習(xí)，對自然科學(xué)的探討方法有深一層次的體驗，在培育學(xué)生基礎(chǔ)性學(xué)力的同時，潛移默化、有效地培育學(xué)生的發(fā)展性學(xué)力和創(chuàng)建性學(xué)力。教學(xué)以創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景起先，從實例中抽象出單擺的模型，然后請學(xué)生視察單擺的振動，并從中發(fā)覺問題，以此為源頭，不斷深深化挖掘出一個個問題，一步步深化開展探究活動。其中的高潮部分是學(xué)生自主探究單擺周期因素及其驗證明驗，通過讓學(xué)生展示探究試驗結(jié)果，強化學(xué)生學(xué)習(xí)效果的同時，培育學(xué)生的綜合素養(yǎng)。課堂上，學(xué)生分組進行探討，合作進行試驗方案的設(shè)計，試驗的實施，組內(nèi)舉薦代表展示試驗結(jié)論。六、教學(xué)設(shè)備多媒體課件，鐵架臺，鋼球（1個），玻璃球（1個），塑料球（1個），鉤碼（一盒），細線若干七、教學(xué)過程設(shè)計Ⅰ、新課引入：視頻：神舟十號王亞平太空演示單擺運動【教學(xué)設(shè)計說明】以創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生愛好，導(dǎo)入新課。Ⅱ、課堂展示與探討一、單擺構(gòu)造與模型化條件思索1：生活中哪些運動與單擺運動類似，它們的搖擺有哪些共同點？思索2：秋千的搖擺，最終會停下來，是為什么呢？我們能不能從秋千和擺鐘抽象出一個簡潔的物理模型呢？

【教學(xué)設(shè)計說明】從實際生活的實例入手，激發(fā)學(xué)生主動構(gòu)建單擺的模型，同時將物理與實際相聯(lián)系單擺的構(gòu)造：一根不計形變的細線，上端固定，下端系著一個質(zhì)點。為了使學(xué)生能夠區(qū)分實際的擺與志向化的單擺，經(jīng)由學(xué)生探討，老師再總結(jié)，把實際的擺做如下簡化：①懸掛小球的細線不行伸縮，質(zhì)量可以忽視。②細線長比小球直徑大的多。③小球比重大些，以致于小球所受空氣阻力可以忽視。我們把滿意上述條件的擺稱為單擺，單擺是實際擺的志向化模型。在單擺模型建立過程中留意強調(diào)以下幾點：忽視次要沖突、突出主要沖突是我們相識世界物質(zhì)規(guī)律的重要方法。②單擺是實際擺的志向化模型。單擺的搖擺必需在同一個平面上，否則就成為圓錐擺二、單擺的運動與回復(fù)力：做一做：你能自制簡易單擺嗎？學(xué)生身邊物體創(chuàng)作；老師打算試驗裝置：圖1-2-1，學(xué)生分組視察擺球的運動思索3：振動擺球，視察單擺運動，說說其運動形式，并找到其運動形式對應(yīng)的受力特征。（畫示意圖）分組學(xué)生代表回答：運動形式受力特征（動力學(xué)表達式）特別位置的受力特征最低點最高點相對圓心圓周運動沿半徑方向合力供應(yīng)向心力:繩拉力和重力的合力（不為0）全部供應(yīng)向心力擺球所受合力在半徑方向上的分力供應(yīng)向心力相對最低點機械振動F回=-mgsinθF回=0F回最大【教學(xué)設(shè)計說明】學(xué)生參加課堂，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性；老師強調(diào)“擺球在最低點合外力不為零”和回復(fù)力的方向（易錯點）從分析中發(fā)覺：1、回復(fù)力是擺球所受合力的一部分；同時也是重力沿擺球圓弧軌跡切線方向的一個分力。2、回復(fù)力表達式：F回=-mgsinθ思索4：單擺是機械振動，是簡諧運動嗎？老師活動：適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生如何從力學(xué)角度證明簡諧運動，找到突破口為位移x與θ的關(guān)系學(xué)生視察受力分析圖中的位移x與θ證明：數(shù)學(xué)學(xué)問：θ很小時，sinθ=θ從單擺圖可知：x=θ*l從單擺受力特征有：F回=-mgsinθ綜合上述各式，可得：F回=-mgθ=-mgx/l=-kx結(jié)論：3、單擺在偏角很小時的振動才是簡諧振動例1、下列關(guān)于單擺的說法，正確的是（）A．單擺搖擺從平衡位置運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)力是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【教學(xué)設(shè)計說明】單擺回復(fù)力及簡諧運動條件是本節(jié)內(nèi)容的重難點，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系數(shù)學(xué)學(xué)問、添加習(xí)題等方式可深化學(xué)生對該學(xué)問點的理解程度；采納引導(dǎo)，逐層推動的教學(xué)方式，主要在于培育學(xué)生分析問題、找尋解決方法的邏輯實力；同時，這樣也使學(xué)生對單擺的運動形式形成反復(fù)遞進的相識，使學(xué)生明確單擺做簡諧運動是有條件的，深化單擺是志向模型的相識。思索4：單擺在偏角很小時的振動是簡諧運動，簡諧運動具有周期性，單擺的周期如何，會受到哪些因素的影響？學(xué)生分組視察單擺裝置、提出猜想、探討可能性：各組代表到講臺闡述結(jié)論【教學(xué)設(shè)計說明】：讓學(xué)生投入試驗中，體會試驗在物理學(xué)習(xí)和探討中的重要性；探究式學(xué)習(xí)使學(xué)生在教學(xué)中起主體作用；分組試驗加強了學(xué)生的合作意識。活動的設(shè)置不但活躍了課堂氣氛，同時提高了學(xué)生的動手實力，試驗過程的開放性，也激發(fā)了學(xué)生探究的欲望。老師總結(jié)：三、單擺的周期1、確定單擺周期的因素（1）單擺周期與擺球振動振幅無關(guān)，稱為單擺的等時性；（2）單擺周期與擺長有關(guān)，關(guān)系為擺長越長，周期越長。思索5：如何探究單擺周期與擺長間的定量關(guān)系？學(xué)生分組探討，制定試驗方案：（1）制作單擺，要留意哪些事項？（2）如何測擺長？如何測周期T？（4）多次測量，視察數(shù)據(jù)，提出猜想:①猜想周期T與擺長間的關(guān)系②用描點法作出圖像，從而確定二者間的關(guān)系。老師結(jié)論：在歸納學(xué)生方案的同時，確定學(xué)生的猜想和探究學(xué)習(xí)的表現(xiàn)。測量時，強調(diào)擺長l‘=l+d/2；周期為每次測量30-50次全振動時間，再取平均值。說明，因本章第五節(jié)《學(xué)生試驗，利用單擺測量重力加速度》，本節(jié)課擔(dān)心排同學(xué)們完成單擺周期與擺長間定量關(guān)系的探究性試驗?！窘虒W(xué)設(shè)計說明】明確探討方案即可，這部分內(nèi)容主要為第五節(jié)做理論鋪墊。思索6：同學(xué)們從單擺的結(jié)構(gòu)和振動特點對單擺周期影響因素提出了猜想，驗證明驗也完成得特別好。除此以外，周期是描述物體運動狀態(tài)的物理量，單擺的振動發(fā)生改變由什么引起，是否還有其他因素影響單擺周期?老師結(jié)論：重力加速度；科學(xué)家的試驗已經(jīng)證明單擺周期受到單擺所在地重力加速度的影響?！窘虒W(xué)設(shè)計說明】因?qū)W生對猜想重力加速度這一影響因素存在困難，這節(jié)內(nèi)容要依據(jù)課堂上學(xué)生的狀況適當(dāng)調(diào)整。正猶如學(xué)們今日對單擺周期的探究，早在17世紀(jì)，物理學(xué)家就對單擺的振動進行了視察、試驗驗證，其中，荷蘭物理學(xué)家惠更斯發(fā)覺2、單擺周期公式單擺做簡諧運動的周期T與擺長的平方成正比，與單擺所在地重力加速度g的平方成反比；而與振幅、擺球質(zhì)量無關(guān)。對單擺周期公式做以下說明：L是單擺的擺長，是從懸點到單擺重心之間的距離單擺周期與l和g有關(guān)，與振幅和擺球質(zhì)量無關(guān)公式適用的條件是：單擺做簡諧運動，一般要求單擺最大偏角θ<50【教學(xué)設(shè)計說明】依據(jù)學(xué)生探討等課堂表現(xiàn)，歸納上述探究性方案，在摸索中培育學(xué)生找尋解決問題方法、有依據(jù)提出結(jié)論的務(wù)實精神；介紹相關(guān)物理學(xué)史內(nèi)容，樹立學(xué)生對科學(xué)先輩的崇拜感，引領(lǐng)更多的學(xué)生走入科學(xué)探討的世界Ⅲ、鞏固練習(xí)：類型1、會用單擺周期公式解決簡潔問題例1、依據(jù)單擺做簡諧運動的周期公式，可知（）A.擺長無限減小,可以使振動周期接近于零B.同一單擺在月球表面的搖擺周期確定比地球表面的周期長C.單擺的振動周期與擺球的質(zhì)量無關(guān)D.單擺的振動周期與擺角無關(guān),所以擺角可以是300例2、如圖所示為甲、乙兩單擺的振動圖象，則（

）A.若甲、乙兩單擺在同一地點搖擺，則甲、乙兩單擺的擺長之比為l甲∶l乙=2∶1B.若甲、乙兩單擺在同一地點搖擺，則甲、乙兩單擺的擺長之比為l甲∶l乙=4∶1C.若甲、乙兩擺擺長相同，且在不同的星球上搖擺，則甲、乙兩擺所在星球的重力加速度之比為g甲∶g乙=4∶1D.若甲、乙兩擺擺長相同，且在不同的星球上搖擺，則甲、乙兩擺所在星球的重力加速度之比為g甲∶g乙=1∶4Ⅳ、課堂小結(jié)質(zhì)量不計擺線：長度遠大于小球直徑一、單擺模型不行伸縮擺球：質(zhì)點（體積較小質(zhì)量較大）二、單擺的回復(fù)力：在最大擺角很小的狀況下，單擺做簡諧運動三、單擺周期：單擺做簡諧運動的周期跟擺長的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比，跟振幅、擺球的質(zhì)量無關(guān)Ⅴ、課堂延長與課后作業(yè)留下課后思索：如何利用單擺估算天體的質(zhì)量？課后作業(yè)：練習(xí)冊八、教學(xué)反思本節(jié)課突出學(xué)生活動，加強試驗教學(xué)，充分體現(xiàn)物理學(xué)科以試