單擺教學設計

1、單擺教學設計（第一課時）一、教學分析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)容安排在簡諧運動 的回復力和能量之后，屬于簡諧運動的應用實例，起到了承上的作用。在學習“單擺” 之前，學生們學習了簡諧運動及其圖象，簡諧運動的振幅、周期、頻率以及回復力和能量 等內(nèi)容。這里作為簡諧運動的應用實例，來學習單擺的運動規(guī)律、受力情況和圖像特點， 以加強對單擺內(nèi)容的理解，深化、突出了單擺這種簡諧運動。2、教材處理本節(jié)課內(nèi)容多、理論性強、探究過程復雜，所以用兩課時完成：第 1 課時學習單擺振 動的圖像和回復力、單擺做簡諧運動的條件等內(nèi)容。第 2 課時著重探究單擺周期與

2、擺長的 關系。3、學情分析經(jīng)過近兩年的高中學習，學生已經(jīng)掌握了高中物理學中處理問題的很多基本方法，具 有了一定的思維能力和接受能力。但是由于本節(jié)課結合了數(shù)學知識，涉及到小角度的近似 處理，這在高中物理學習中是第一次出現(xiàn)，學生對這樣的處理感覺有困難。二、教學目標知識與技能：1、知道什么是單擺，了解單擺的運動特點2、知道在擺角很小時單擺做簡諧運動過程與方法： 經(jīng)歷證明單擺運動是簡諧運動的過程，學生體會數(shù)學方法在物理中的應用 情感態(tài)度與價值觀： 通過證明過程，培養(yǎng)學生學習科學的興趣和自覺性。并在學習證明的過程中，學會運用科 學態(tài)度、科學價值觀去克服困難、探究解決類似的問題三、教學重點重點：單擺振動的

3、特點依據(jù)：單擺振動是具體的簡諧運動的應用實例，分析簡諧運動也就是分析質(zhì)點在運動 過程中的振幅、周期、位移、頻率、能量等一些物理量的特點，通過對單擺運動特點的分 析、理解，學生對簡諧運動的特點理解會更加深刻。四、教學難點難點：單擺的回復力以及對小角度的近似處理。依據(jù)：在分析具體的簡諧運動時學生往往不能正確的分析出回復力的來源，有的學生即使能夠分析出回復力的來源，也不知如何導出廠 -'的形式，給解決問題帶來了困難，因此將這個問題設置為難點。五、課前準備本節(jié)內(nèi)容屬于簡諧運動的應用實例，主要解決兩個問題：1、認識單擺2、用圖象法和公式法證明單擺的振動屬于簡諧振動，基于這個目標，實現(xiàn)課堂教學的有

4、效性，教師可以 針對這個目標可布置以下預習作業(yè)。1、 指導學生自制單擺，畫出單擺的x-t圖象，對單擺的運動特點有一定的認識2、在證明了豎直方向彈簧振子的運動屬于簡諧運動的基礎上，要求學生閱讀教材、分 析教材自行證明單擺的運動是不是簡諧運動。3、課件。六、教學過程（一）引入新課前面我們學習了彈簧振子，知道了簡諧運動的特點。在日常生活中，我們還常?？匆?擺鐘、蕩船、秋千都在豎直平面內(nèi)做擺動，這些擺動是屬于一種什么樣的運動呢？今天我 們來學習最簡單的擺動一一單擺的運動。本堂課主要解決兩個問題 1、知道什么是單擺。2、證明單擺的運動是不是簡諧運動 設計意圖：交代清楚本節(jié)的任務，使學生心中有數(shù)。（二）進

5、行新課板書：11.4單擺 1、單擺模型(1) 單擺：一根不可伸長的細繩，一端固定，另一端與小球相連，如果細線的質(zhì)量 與小球相比可以忽略，求的直徑與線的長度相比可以忽略，忽略空氣阻力的影響，這樣 的裝置叫單擺。教師活動：由學生閱讀教材，得出單擺的定義。教師對定義進行補充說明。設計意圖：培養(yǎng)學生自學能力，加深對單擺概念的理解。教師活動：這樣的裝置在生活中存在嗎？設計意圖：使學生意識到這樣的裝置在現(xiàn)實生活中不存在，是一種理想化模型。(2) 單擺是實際擺的理想化模型(3) 判斷下列模型是否屬于單擺模型教師活動：展示幾幅圖片，讓學生判斷是否屬于單擺模型。橡皮筋鐵球(1)1粗 I麻g繩鐵球(2)大木球(3

6、)細繩O乒乓球(4)鐵球(5)設計意圖：使學生更加明確什么是單擺。2、單擺的運動教師活動：單擺在做振動，這種振動是不是簡諧運動呢？需要我們證明，有幾種方法? 學生：回答兩種，圖象法和公式法設計意圖：針對兩種證明方法展開教學(1) 畫單擺的x-t圖象播放演示實驗視頻，畫出單擺的x-t圖象，與正弦曲線十分相似教師活動：既然圖象與正弦曲線十分相似，那單擺的運動就有可能是簡諧運動，那到底 是不是？如果我們得到的圖像很準確，我們可以去做擬合曲線，得到圖像如果嚴格滿足正 弦規(guī)律，說明就是。但這個對實驗要求比較高，如果不是勻速拉動也會得不到正弦曲線的。下面我們從另一個角度去做一個判斷，我們從力的特征用公式法

7、去證明單擺的振動是不是 簡諧運動。教師活動：凡是振動都需要回復力，那單擺的回復力是什么力呢？設計意圖：學生明確，接下來要尋找回復力。(2) 單擺的回復力分析 確定平衡位置當擺球靜止于 0點時，擺球受到的重力 G和懸線的拉力F'彼此平衡，0點就是單擺 的平衡位置 實驗演示單擺的振動，分析回復力教師活動：提問單擺在振動過程中受到哪些力作用？生：答教師活動：教師由學生的回答板書單擺受力分析圖教師活動：擺球做圓周運動的向心力由誰來提供？擺球做機械振動的回復力由誰來提供？ 學生討論后讓學生回答。教師活動：單擺振動時在豎直平面內(nèi)做變速圓周運動，重力和拉力的合力產(chǎn)生兩種效果：一是使小球做圓周運動，速

8、度大小發(fā)生變化，這個效果力稱為向心力。二是使小球總是有回到平衡位置的趨勢，這個效果力就是我們說的回復力，因而單擺做變速圓周運動的回復 力就是合力在切線方向的分力，這個分力也是重力沿切線方向的分力。教師活動：板書 F=F2=mgsin 0教師活動：由單擺的回復力的表達式能否看出單擺的振動是簡諧運動呢？請同學們回憶一 下簡諧運動回復力的特點。學 生：物體所受回復力的大小與位移大小成正比，并且總是指向平衡位置。表達式為：F=-kxo教師活動：書上已給出了具體的推導過程，其中用到了兩個近似：(1)sin解a;在小角度下0P直線與0P弧線近似相等。這兩個近似成立的條件是擺角很小，aV 10°角

9、度12345678Sin 00.017450.03490.05320.06980.08720.104530.121870.13917弧度m0.017450.03490.05320.06990.08730.104720.122170.13963由上表我們可知 a在5°之內(nèi)，并且以弧度為角度單位，sin a a。教師活動：在這個基礎上，接下來請大家按照教材上的提示，導出回復力與位移的關系。（3）關于單擺做簡諧運動的條件=mgs in 0F = mg-（X表示擺球偏離平衡位置的位移，I表示單擺的擺長）師生分析得到：在擺角0很小時，回復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

10、擺做簡諧運動。教師：我們知道簡諧運動的圖象是正弦（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動，它振動的圖象也是正弦或余弦曲線。我們之前的單擺振動圖像 在角度很小時是正弦曲線?？偨Y：從實際得到的圖象和理論上中均可看出：在擺角很小的情況下，考慮實驗觀察的方便，認為在 r時，單擺做簡諧運動。（4）用量角器畫出角設計意圖：學生感受角，到底有多大。七、課堂訓練1單擺作簡諧運動時的回復力是（）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、振動的單擺小球通過平衡位置時，關于小球受到的回復力及合外力的說法正確的（）A. 回復力為零，合外力不為零，方向指向懸點B. 回復力不為零，方向沿軌跡的切線C. 合外力不為零，方向沿軌跡的切線D. 回復力為零，合外力也為零3、下圖左為單擺的振動圖像，右圖為單擺做簡諧運動的實際情況圖，請在右圖中指出t時刻擺球所在的實際位置及振動方向a v/cm4、如圖所示是一單擺的振動圖像，在t 1、t 2時刻相同的物理量是A.位移 B.速度 C.加速度 D.勢能八、課堂小結本節(jié)課主要研究了什么是單擺，并證明了在擺角很小時，單擺的運動可以看作是簡諧運 動，并體會近似法在處理物理問題中的方便。前面我們所學簡諧運動是以彈簧振子系統(tǒng)為例，單擺振動和彈簧振子不同，從