物理選修3-4滬科版1.3探究單擺振動(dòng)的周期教學(xué)設(shè)計(jì)

1、探究單擺周期與哪些因素有關(guān) （單擺第2課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)）長(zhǎng)興華盛虹溪中學(xué) 沈衛(wèi)忠一、教材分析和處理本節(jié)內(nèi)容是通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究單擺周期規(guī)律，是學(xué)生自主設(shè)計(jì)、探索的好素材，在本章中有著重要的地位。課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究單擺的周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系。會(huì)用單擺測(cè)定重力加速度。為了研究周期與各種因素是否有關(guān)以及有怎樣的關(guān)系，可以采用控制變量的方式進(jìn)行定性和定量相結(jié)合的方案來(lái)研究這些關(guān)系。本節(jié)課的教學(xué)力求貫徹新課程體驗(yàn)，將課本演示實(shí)驗(yàn)改為探究性的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。首先提出單擺的周期可能與哪些因素有關(guān)，讓學(xué)生猜想，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證讓學(xué)生在獲得知識(shí)的同時(shí)，體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程，了解科學(xué)研究方法，發(fā)展探索自然的興趣與熱情，培養(yǎng)

2、實(shí)驗(yàn)探究能力和交流協(xié)作能力。二、學(xué)情分析1通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道了單擺的概念，單擺的回復(fù)力等知識(shí)。也了解了單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件。2高二學(xué)生已有一定的物理學(xué)科方法，如觀察實(shí)驗(yàn)，控制實(shí)驗(yàn)，假說(shuō)方法，從現(xiàn)象歸納規(guī)律等，可以實(shí)現(xiàn)教材滲透的方法教育意圖3.可能存在的困難：學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理。三、教學(xué)目標(biāo)1知識(shí)與技能目標(biāo)（1）知道單擺周期與哪些因素有關(guān)。（2）知道單擺的周期公式。（3）能運(yùn)用單擺的周期公式解答有關(guān)實(shí)際問(wèn)題。2過(guò)程與方法目標(biāo)（1）通過(guò)單擺振動(dòng)周期規(guī)律探究，培養(yǎng)學(xué)生猜想能力，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，數(shù)據(jù)處理能力，交流協(xié)作能力。（2）通過(guò)單擺周期公式的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解答實(shí)際問(wèn)題的能力。

3、3情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)（1）結(jié)合物理學(xué)史介紹物理學(xué)家對(duì)單擺的研究，法展學(xué)生對(duì)自然的好奇性，激發(fā)學(xué)生樂(lè)于探究自然的奧秘。（2）在單擺周期規(guī)律的探究中，培養(yǎng)學(xué)生的交流協(xié)作精神，使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的艱辛和喜悅。四、教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)1教學(xué)重點(diǎn)：自足探究單擺的周期與哪些因素有關(guān)。2教學(xué)難點(diǎn)：定量實(shí)驗(yàn)，得出單擺的周期T與L的關(guān)系并對(duì)數(shù)據(jù)的處理。五、教學(xué)方法和教學(xué)手段1教學(xué)方法：運(yùn)用物理“科學(xué)探究”教學(xué)模式實(shí)施教學(xué)。2教學(xué)手段：學(xué)生實(shí)驗(yàn)與演示實(shí)驗(yàn)結(jié)合。六、教學(xué)用具：鐵架臺(tái) 小鋼球 小木球 長(zhǎng)1m左右的細(xì)線 秒表 各25套演示實(shí)驗(yàn)器材 1套：鐵架臺(tái) 小鋼球 小木球 長(zhǎng)1m左右的細(xì)線 小鐵球 大磁鐵七、教學(xué)過(guò)

4、程：1、演示實(shí)驗(yàn)，引入問(wèn)題。教師演示兩個(gè)不同單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，要求學(xué)生觀察兩個(gè)單擺振動(dòng)的快慢。然后提出問(wèn)題：?jiǎn)螖[做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期與哪些因素有關(guān)？關(guān)系如何？2、學(xué)生猜想：（鼓勵(lì)學(xué)生在理性分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行猜想，暴露學(xué)生的思維，從而把握學(xué)生的認(rèn)知情況）學(xué)生可能的猜想和解釋?zhuān)海?）：擺球的質(zhì)量不同，使得回復(fù)力F不同，所以周期不同。（2）：擺角不同，擺球的路程不同，使得周期不同。（3）：擺長(zhǎng)不同，擺動(dòng)相同的角度，經(jīng)過(guò)的路程不同，導(dǎo)致周期不同。3、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證猜想學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證，交流。（教師指導(dǎo)運(yùn)用控制變量法）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1：控制L不變，擺角不變，研究T與m的關(guān)系教師引導(dǎo)學(xué)生用比較性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

5、如圖：木球鋼球?qū)嶒?yàn)結(jié)果：兩擺振動(dòng)周期相同。分析評(píng)價(jià)：m不同，雖然回復(fù)力不同，但回復(fù)加速度a與質(zhì)量m無(wú)關(guān)，因而T與m無(wú)關(guān)2鋼球1鋼球設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2：控制L不變，研究T與 的關(guān)系。如圖：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：兩擺振動(dòng)周期相同。分析評(píng)價(jià)： 大時(shí)，雖然最大回復(fù)加速度也大，平均速率v變大，但小球經(jīng)過(guò)一次全振動(dòng)的路程也變大，周期T=s/v，有可能與無(wú)關(guān)。鋼球L1設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)3：擺角相同，小球相同，研究T與L的關(guān)系 如圖：鋼球L2 L1=1m L2=0.6m實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了減小誤差，并節(jié)省時(shí)間，在測(cè)量振動(dòng)周期時(shí)，記錄20次全振動(dòng)所需時(shí)間t，運(yùn)用那個(gè)T=t/20算出周期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：T1= T2=T1>T2，從而驗(yàn)證T與L有關(guān)4提

6、出新的問(wèn)題：T與L有什么定量的關(guān)系？猜想1：T與L成正比；猜想2：T2與L成正比。學(xué)生通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，排除猜想1教師指出：僅兩組數(shù)據(jù)就得出這樣的結(jié)論是不科學(xué)的，要驗(yàn)證這個(gè)猜想，還需要多組實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。學(xué)生實(shí)驗(yàn)：學(xué)生在教師的指導(dǎo)下繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，測(cè)出至少5組數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)表格并記錄數(shù)據(jù)擺長(zhǎng)L/m20s振動(dòng)時(shí)間t/s周期T/sT2 /s2T2/L s2/m數(shù)據(jù)處理：運(yùn)用比值歸納法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，T2與L成正比，學(xué)生的猜想是正確的。教師提問(wèn)：上述數(shù)據(jù)處理方法是否直觀？能否改進(jìn)處理方法？學(xué)生討論，結(jié)合圖像法畫(huà)出T2與L的圖像。并比較兩種處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)。5結(jié)合物理學(xué)史得出單擺的

7、周期公式教師：在物理學(xué)發(fā)展史上，伽利略，惠更斯等物理學(xué)家對(duì)單擺的振動(dòng)作過(guò)很多研究，最后由惠更斯給出了周期的公式：，式中g(shù)是重力加速度，L為擺長(zhǎng)教師提出問(wèn)題：請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)方案定性說(shuō)明T與g的關(guān)系。學(xué)生設(shè)計(jì)方案：1. 把單擺放到高山上，g變小，T變大2. 把單擺放到赤道上，g變小，T變大3. 把單擺放到月球上，g變小，T變大等等分析評(píng)價(jià)：大家的設(shè)計(jì)從理論上說(shuō)事可行的，但在現(xiàn)有的條件下是很難完成的。我們能否用等效的方法來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)?？演示?shí)驗(yàn)：在小鐵球的下面放一大的強(qiáng)磁性磁鐵（小球受到豎直向下的作用力變大，可以認(rèn)為小球的等效重力加速度g變大），觀察到單擺的周期比沒(méi)有磁鐵時(shí)要小，從而說(shuō)明振動(dòng)周期T與

8、g之間的遞減關(guān)系。學(xué)生受實(shí)驗(yàn)啟發(fā)，提出類(lèi)似的幾種方法：1 把單擺放到的斜面上， 2 把單擺放到水中，3 放到加速上升或下降的電梯中，學(xué)生討論，點(diǎn)評(píng)：對(duì)于方法1是可行的，但必須使斜面比較光滑，以減小摩擦的影響方法2理論上是可行的，但實(shí)際操作中，成功可能性不大，原因是水的阻力比較大，會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。方法3，也只能是理論上可行，畢竟一般的電梯并不一直保持加速。6回歸社會(huì)和生活，運(yùn)用單擺的周期公式解決實(shí)際問(wèn)題問(wèn)題情景1：一位廣州人冬天去哈爾濱旅游，在一家超市以高價(jià)購(gòu)買(mǎi)了一臺(tái)精致的擺鐘，買(mǎi)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)它走時(shí)很準(zhǔn)?；氐綇V州不到兩天就走時(shí)相差一分鐘多鐘。于是大呼上當(dāng)，心里極其氣憤。后來(lái)，他求助了“消費(fèi)者權(quán)益保護(hù)協(xié)會(huì)”，準(zhǔn)備與該超市打一場(chǎng)索賠官司，消費(fèi)者協(xié)會(huì)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品貨真價(jià)實(shí)，那問(wèn)題出在哪呢？學(xué)生思考討論問(wèn)題情景2：某大學(xué)一位教授，在家里通過(guò)電視機(jī)觀看宇航員登月球 的情況，他發(fā)現(xiàn)在宇航員身邊，發(fā)射到月球上的儀器艙外一個(gè)懸掛著的重物在擺動(dòng)，教授看了自己的手表，就大致求出了月球上自由落體加速度的數(shù)值，請(qǐng)問(wèn)：他事如何做的？學(xué)生思考討論7.課堂小結(jié)教師：通過(guò)這堂課