高中物理《單擺》說課稿和教案

《單擺》說課稿尊敬的各位評委老師，大家好！我今天說課的題目是《單擺》。我主要從教材分析、說教學(xué)方法與學(xué)法、說教學(xué)過程、說板書設(shè)計等幾個步驟向大家詳細地講解我對這節(jié)課的安排。一、教材分析1. 教材地位和作用《單擺》是高中物理選修3-4的第十一章第4節(jié)的內(nèi)容。由于本節(jié)課只講單擺的前面一部分，即單擺的回復(fù)力，不是高考重點，因此我們這節(jié)課只需要理解單擺即可。2. 教材特點本節(jié)課從現(xiàn)實生活的實例引入單擺，使學(xué)生能夠形象地理解單擺模型，并且更貼近生活。本節(jié)課主要是從實驗演示和受力分析這兩個方面來判斷單擺振動時，在做簡諧運動。第一、實驗演示能夠直觀地判斷單擺做簡諧運動，更容易理解，使學(xué)生能夠認識到實驗演示的重要性。第二、通過分析單擺的回復(fù)力滿足，得到單擺振動時，做簡諧運動，這又加強學(xué)生的理論知識。理論和實驗結(jié)合，使學(xué)生能夠更充分地理解單擺模型的特點。3. 教學(xué)目標知識與技能：（1）. 知道什么是單擺；（2）. 理解擺角很小時，單擺的振動是簡諧運動。過程與方法：（1）. 通過單擺的教學(xué)，知道單擺是一種理想化模型，學(xué)會用理想化的方法來建立物理模型。（2）. 通過單擺做簡諧運動的條件，學(xué)會用近似的方法處理物理問題。（3）. 培養(yǎng)學(xué)生的觀察實驗的能力、思維能力。情感態(tài)度與價值觀：（1）. 單擺在小角度情況下做簡諧運動，它既有簡諧運動的共性，又有其特殊性。理解共性和特殊性的概念；（2）. 通過介紹科學(xué)家的情況，激發(fā)學(xué)生專研知識，探索科學(xué)的興趣。鼓勵學(xué)生勇于創(chuàng)新。4.教學(xué)中的重點和難點重點：知道單擺回復(fù)力的來源。難點：（1）.單擺做簡諧運動的條件——擺角小于或等于時的振動。（2）.單擺振動回復(fù)力的來源。突破的方法：通過課堂實驗和課件演示以及鞏固練習(xí)來突破重難點，同時引導(dǎo)學(xué)生看書自主學(xué)習(xí)。二、教學(xué)與學(xué)法1.關(guān)于單擺的構(gòu)成的教學(xué)——采用問題教學(xué)法進行。2關(guān)于單擺的振動，單擺的回復(fù)力教學(xué)——采用實驗法、分析歸納法、推理法教學(xué)。3.關(guān)于單擺在擺角很小的情況下做簡諧運動的證明——采用數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)法進行。在教過學(xué)過程中，創(chuàng)設(shè)物理情景，并對學(xué)生提問，引導(dǎo)學(xué)生思考。在實驗演示時，讓學(xué)生跟據(jù)實驗想象總結(jié)出結(jié)論。老師只是引導(dǎo)。充分調(diào)動學(xué)生的積極性，學(xué)生是課堂的主體。對學(xué)生而言，重要的是讓他們學(xué)會學(xué)習(xí)，“教是為了不教”。讓他們掌握獲取新知識的過程和方法，養(yǎng)成良好的科學(xué)素養(yǎng)。因此在學(xué)習(xí)過程中，讓學(xué)生主動參與、樂于探究、善于思考、勤于動手，注重搜集和處理信息，獲取新知識解決問題。三、說教學(xué)過程通過一個簡短的小視頻里的蕩秋千的畫面引入新課單擺。拿著一個單擺模型，讓學(xué)生自己總結(jié)單擺的特點，老師同時引導(dǎo)。并告訴他們單擺只是一個理想化模型，這種理想化物理思想用到很多地方，便于觀察和分析。然后老師拿出幾個模型，讓學(xué)生判斷哪個是單擺？為什么？加深學(xué)生對單擺模型的理解和認識。單擺振動時，提問在做什么運動？引導(dǎo)學(xué)生思考蕩秋千時，秋千的運動過程。從現(xiàn)實中入手。如果是在做簡諧運動，怎么判斷呢？進而引導(dǎo)學(xué)生回顧前面學(xué)習(xí)簡諧運動的兩種判斷方法。對于第一種方法，老師通過實驗演示得到。本節(jié)課主要是講述第二種判斷方法。引導(dǎo)學(xué)生分析單擺的回復(fù)力。當單擺處于最低點時，通過分析，判斷出，這就是它的平衡位置。當小球偏離平衡位置時，對小球再進行受力分析，得到，并分析這里的負號是表示矢量F和x的方向相反。這里得到這個前提是偏角小于或等于，這里采用近似思想，并告訴學(xué)生這種思想運用到很多方面，引導(dǎo)學(xué)生自己學(xué)會這種方法。通過對小球所受的回復(fù)力滿足與其偏離平衡位置的大小成正比，并且指向平衡位置，得到單擺做簡諧運動。四、說教反思本節(jié)課能遵循教學(xué)規(guī)律，通過多樣化的教學(xué)方式、有層次地組織教學(xué)，進而突出了教學(xué)重點和難點。在探究過程中，有效地促進了學(xué)生的參與程度與認知程度。最主要的是，本堂課合理地運用了現(xiàn)代教育媒體的獨特功能，創(chuàng)設(shè)了一個友好界面，使學(xué)生能在一個形象直觀交互式的學(xué)習(xí)環(huán)境中，參與意識增強，學(xué)習(xí)的積極性、主動性得到充分的展現(xiàn)，最終達到了學(xué)有興趣、學(xué)有所得的目的，實現(xiàn)了本堂課的教學(xué)目標?！秵螖[》教案（一）第1課時【教學(xué)目標】1．知識目標：（1）知道什么是單擺；（2）理解單擺振動的回復(fù)力來源及做簡諧運動的條件；（3）知道單擺的周期和什么有關(guān)，掌握單擺振動的周期公式，并能用公式解題。2．能力目標：觀察演示實驗，概括出影響周期的因素，培養(yǎng)由實驗現(xiàn)象得出物理結(jié)論的能力。【教學(xué)重點、難點分析】1．本課重點在于掌握好單擺的周期公式及其成立條件。2．本課難點在于單擺回復(fù)力的分析。解決方案：通過課堂實驗和課件演示以及鞏固練習(xí)來突破重難點，同時引導(dǎo)學(xué)生看書【教學(xué)方法】讀書指導(dǎo)，猜想證明，實驗對比，計算機輔助教學(xué)【教具】兩個單擺（擺長相同，質(zhì)量不同），計算機，大屏幕，自制CAI課件【教學(xué)過程】（－）引入新課在前面我們學(xué)習(xí)了彈簧振子，知道彈簧振子做簡諧運動。那么：物體做簡諧運動的條件是什么？答：物體做機械振動，受到的回復(fù)力大小與位移大小成正比，方向與位移方向相反。今天我們學(xué)習(xí)另一種機械振動——單擺的運動（二）進行新課1、閱讀課本第167頁到168頁第一段，思考：什么是單擺？（學(xué)生閱讀畢，出示三個擺，問：以下三個擺是否是單擺？）生一：不是，橡皮筋的伸長不可忽略生二：不是，粗麻繩的質(zhì)量不可忽略生三：不是，繩長不是遠大于小球直徑答：一根細線上端固定，下端系著一個小球，如果懸掛小球的細線的伸長和質(zhì)量可以忽略，細線的長度又比小球的直徑大得多，這樣的裝置就叫單擺。（教師拿出單擺展示，同時演示單擺振動，介紹單擺構(gòu)成）物理上的單擺，是在一個固定的懸點下，用一根不可伸長的細繩，系住一個一定質(zhì)量的質(zhì)點，在豎直平面內(nèi)擺動。所以，實際的單擺要求繩子輕而長，擺球要小而重。擺長指的是從懸點到擺球重心的距離。將擺球拉到某一高度由靜止釋放，單擺振動類似于鐘擺振動。擺球靜止時所處的位置就是單擺的平衡位置。物體做機械振動，必然受到回復(fù)力的作用，彈簧振子的回復(fù)力由彈簧彈力提供，單擺同樣做機械振動，思考：單擺的回復(fù)力由誰來提供，如何表示？圖２（教師畫受力圖。）圖２1）平衡位置當擺球靜止在平衡位置O點時，細線豎直下垂，擺球所受重力G和懸線的拉力F平衡，O點就是擺球的平衡位置。2）回復(fù)力將擺球拉離O點，從A位置釋放，擺球在細線的拉力F和重力G的作用下,沿AOA’圓弧在平衡點O附近來回振動，當擺球運動到任一位置P時，此時擺球受重力G，拉力F作用，由于擺球沿圓弧運動，所以將重力分解成切線方向分力G1；和沿半徑方向G2，重力分力G1不論是在O左側(cè)還是右側(cè)始終指向平衡位置，而且正是在G1作用下擺球才能回到平衡位置。（此處：平衡位置是回復(fù)力為零的位置。）因此G1就是擺球的回復(fù)力。單擺的回復(fù)力F回=G1=mgsinθ，單擺的振動是不是簡諧運動呢？單擺受到的回復(fù)力F回=mgsinθ，如圖：雖然隨著單擺位移X增大，sinθ也增大，但是回復(fù)力F的大小并不是和位移成正比，單擺的振動不是簡諧運動。但是，在θ值較小的情況下（一般取θ≤10°），在誤差允許的范圍內(nèi)可以近似的認為sinθ=X/L，近似的有F=mgsinθ=(mg/L)x=kx（k=mg/L）,又回復(fù)力的方向始終指向O點，與位移方向相反，滿足簡諧運動的條件，即物體在大小與位移大小成正比，方向與位移方向相反的回復(fù)力作用下的振動，F(xiàn)=-(mg/L)x=-kx（k=mg/L）為簡諧運動。所以，當θ≤10°時，單擺振動是簡諧運動。條件：擺角θ≤10°位移大時，單擺的回復(fù)力大，位移小，回復(fù)力小，當單擺經(jīng)過平衡位置時，單擺的位移為0，回復(fù)力也為0，思考：此時，單擺所受的合外力是否為0？（學(xué)生思考，回答，根據(jù)學(xué)生的回答，引導(dǎo)。）單擺此時做的是圓周運動，做圓周運動的物體受向心力，單擺也不能例外，也受到向心力的作用（引導(dǎo)學(xué)生思考，單擺作圓周運動的向心力從何而來？）。在平衡位置，擺球受繩的拉力F和重力G的作用，繩的拉力大于重力G，它們的合力充當向心力。所以，單擺經(jīng)過平衡位置時，受到的回復(fù)力為0，但是所受的合外力不為0。3．單擺的周期我們知道做機械振動的物體都有振動周期，請思考：單擺的周期受那些因素的影響呢？（引導(dǎo)學(xué)生猜想）生：可能和擺球質(zhì)量、振幅、擺長有關(guān)。單擺的周期是否和這些因素有關(guān)呢？下面我們用實驗來證實我們的猜想為了減小對實驗的干擾，每次實驗中我們只改變一個物理量，這種研究問題的方法就是——控制變量法。首先，我們研究擺球的質(zhì)量對單擺周期的影響：那么就先來看一下擺球質(zhì)量不同，擺長和振幅相同，單擺振動周期是不是相同。［演示1］將擺長相同，質(zhì)量不同的擺球拉到同一高度釋放?，F(xiàn)象：兩擺球擺動是同步的，即說明單擺的周期與擺球質(zhì)量無關(guān)，不會受影響。這個實驗主要是為研究屬于簡諧運動的單擺振動的周期，所以擺角不要超過10°。接下來看一下振幅對周期的影響。［演示2］擺角小于10°的情況下，把兩個擺球從不同高度釋放。（由一名學(xué)生來完成實驗驗證，教師加以指導(dǎo)）現(xiàn)象：擺球同步振動，說明單擺振動的周期和振幅無關(guān)。剛才做過的兩個演示實驗，證實了如果兩個擺擺長相等，單擺振動周期和擺球質(zhì)量、振幅無關(guān)。如果擺長L不等，改變了這個條件會不會影響周期？［演示3］取擺長不同，兩個擺球從某一高度同時釋放，注意要θ≤10°。（由一名學(xué)生來完成實驗驗證，教師加以指導(dǎo)）現(xiàn)象：兩擺振動不同步，而且擺長越長，振動就越慢。這說明單擺振動和擺長有關(guān)。具體有什么關(guān)系呢？荷蘭物理學(xué)惠更斯研究了單擺的振動，在大量可靠的實驗基礎(chǔ)上，經(jīng)過一系列的理論推導(dǎo)和證明得到：單擺的周期和擺長l的平方根成正比，和重力加速度g的平方根成反比，周期公式：同時這個公式的提出，也是在單擺振動是簡諧運動的前提下，條件：擺角θ≤10°由周期公式我們看到T與兩個因素有關(guān)，當g一定，T與成正比；當L一定，T與成反比；L，g都一定，T就一定了，對應(yīng)每一個單擺有一個固有周期T，周期的應(yīng)用：單擺周期的這種周期和振幅無關(guān)的性質(zhì)，叫做等時性。單擺的等時性是由伽利略首先發(fā)現(xiàn)的。（此處可以講一下伽利略發(fā)現(xiàn)單擺等時性的，最早是由伽利略從教堂的燈的擺動發(fā)現(xiàn)的。）鐘擺的擺動就具有這種性質(zhì)，擺鐘也是根據(jù)這個原理制成的，如果條件改變了，比如說擺鐘走得慢了，那么就要把擺長調(diào)整一下，應(yīng)縮短L，使T減??；如果這個鐘在北京走得好好的，帶到廣州去會怎么樣？由于廣州g小于北京的g值，所以T變大，鐘也會走慢；同樣，把鐘帶到月球上鐘也會變慢。我們還可以根據(jù)這個周期公式測某地的重力加速度，由公式可知只要測出單擺的擺長、周期，就可以得到單擺所在地的重力加速度。（三）課件演示通過課件演示，再現(xiàn)本課內(nèi)容，形象直觀，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，達到知識鞏固，理論升華的教學(xué)目的。（四）課堂小結(jié)本節(jié)課主要講了單擺振動的規(guī)律，只有在θ<10°時單擺振動才是簡諧運動；單擺振動周期，當g一定，T與成正比；當L一定，T與成反比。我們還可以根據(jù)這個周期公式測某地的重力加速度，由公式可知只要測出單擺的擺長、周期，就可以得到單擺所在地的重力加速度。附：例1：已知某單擺的擺長為L，振動周期為T，試表示出單擺所在地的重力加速度g.例2：有兩個單擺，甲擺振動了15次的同時，乙擺振動了5次，則甲乙兩個擺的擺長之比為_________練習(xí)1．振動的單擺小球通過平衡位置時，下例有關(guān)小球受到回復(fù)力的方向或數(shù)值說法正確的是：（）A指向地面B指向懸點C數(shù)值為零D垂直于擺線2．下面那種情況下，單擺的周期會增大？（）A增大擺球質(zhì)量B縮短擺長C減小振幅D將單擺由山下移至山頂3．一個單擺的振動周期是2S，求下列作簡諧運動情況下單擺的周期(1)擺長縮短為原來的1/4，單擺的周期為________s(2)擺球的質(zhì)量減為原來的1/4，單擺的周期為________s(3)振幅減為原來的1/4，單擺的周期為________s4．把一個擺長為2.5m的單擺拿到月球上去，已知月球上的重力加速度為1.6m/s2，這個單擺的周期是多大？5．用擺長為24.8cm的單擺測定某地的重力加速度，測得完成120次全振動所用的時間為120s，求該地的重力加速度。6．甲乙兩個單擺的擺長之比是4∶1，質(zhì)量之比是1∶2，那么在甲擺振動5次的時間里，乙擺動了________次？《單擺》教案（二）第2課時【教學(xué)目標】：通過本節(jié)課的復(fù)習(xí)，進一步熟悉有關(guān)單擺的知識，能夠熟練利用單擺的知識解決實際問題?！局攸c難點】：1、理解單擺在擺角很小（如不大于100）情況下，其振動是簡諧運動。2、單擺模型的應(yīng)用?！窘虒W(xué)方法】：復(fù)習(xí)提問，課件演示，講練結(jié)合【教學(xué)過程】（一）知識回顧（1）什么是單擺？（2）單擺振動的回復(fù)力來源于什么？單擺做簡諧運動的條件是什么？（3）知道單擺的周期和什么有關(guān)？單擺振動的周期公式怎樣？（4）演示課件《單擺》，增加學(xué)生的直觀感受。（二）例題精講例1.如下圖所示，用兩根長度都為L的繩線懸掛一個小球A，繩與水平方向的夾角為α，使球A垂直于紙面作擺角小于5°的擺動，當它經(jīng)過平衡位置的瞬間，另一小球B從A球的正上方自由下落，并能擊中A球，則B球下落的高度是

。分析解答：球A垂直于紙面作擺角小于5°的擺動，球A的運動是簡諧振動，擺長為Lsinα，周期為T=。球B做自由落體運動，下落時間為t，下落高度h=gt2。當球A經(jīng)過平衡位置的瞬間，B球開始下落，B球若能擊中A球，B球下落時間應(yīng)為A球做簡諧振動半周期的整數(shù)倍，即t=nT/2。則n解出B球距A球的高度h=n2p2Lsinα(n=1、2、3…)點評：振動的周期性表現(xiàn)在它振動的狀態(tài)每隔一個周期的時間重復(fù)出現(xiàn)，因此在討論某一狀態(tài)出現(xiàn)的時間時，要注意它的多值性，并會用數(shù)學(xué)方法表示。如本題中單擺小球從平衡位置出發(fā)再回到平衡位置的時間是半周期整數(shù)倍的一系列值。例2.若單擺的擺長不變，擺角小于5°，擺球質(zhì)量增加為原來的4倍，擺球經(jīng)過平衡位置的速度減小為原來的1/2，則單擺的振動（

）A.頻率不變，振幅不變

B.頻率不變，振幅改變C.頻率改變，振幅改變

D.頻率改變，振幅不變分析解答：單擺的周期T=，與擺球質(zhì)量和振幅無關(guān)，只與擺長L和重力加速度g有關(guān)。當擺長L和重力加速度g不變時，T不變，頻率f也不變。選項C、D錯誤。單擺振動過程中機械能守恒。如圖5所示，擺球在極限位置A的重力勢能等于擺球運動到平衡位置的動能，即mgL(1－cosθ)=mυ2/2，υ=，當υ減小為υ/2時，增大，α減小，振幅A減小，選項B正確。(三)課堂練習(xí)1、單擺的周期在下列何種情況時會增大（）A、增大擺球質(zhì)量B、減小擺長C、把單擺從赤道移到北極D、把單擺從海平面移到高山2、甲乙兩單擺，同時做簡諧運動，甲完成10次全振動時，乙完成25次全振動，若乙的擺長為1m，則甲的擺長為__________。3、一單擺擺長為98cm，t=0時開始從平衡位置向右運動，則當t=1.2s時，下列關(guān)于單擺運動的描述正確的是（）A.正向左做減速運動，加速度正在增大B.正向左做加速運動，加速度正在減小C.正向右做減速運動，加速度正在增大D.正向右做加速運動，加速度正在增大（四）能力訓(xùn)練4、某學(xué)生利用單擺測定本地的重力加速度，他考慮了若干方案，其中正確的是（）A、測出單擺的振幅，擺長和振動周期B、測出單擺的擺角、擺球的質(zhì)量和振動的振幅C、擺角只要小于5°，其實際角度不必測量，但需測出單擺的擺長和振動周期D、必須測出擺角大小，擺長和振動周期5、某學(xué)生利用單擺測定重力加速度，測得擺球的直徑是2.0cm，懸線長是99.0cm，振動30次所需時間為60.0s，則測得的重力加速度值等于__________cm/s2。6、一單擺的擺長為78.1cm，當?shù)氐闹亓铀俣葹?.81m/s2，試求這個單擺的周期。如果將這個單擺放到月球上，月球的重力加速度是地球的0.16倍，其他條件不變，那么這個單擺在月球上的周期變?yōu)槎嗌?？（五）學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容應(yīng)注意的問題：①周期T與振幅、擺球質(zhì)量無關(guān)，只與擺長L和所處地點重力加速度g有關(guān)。②單擺的擺長L是指懸掛點到擺球球心間的距離。參考答案1、D2、6.25m3、A4、C5、986.06、2s，5s《單擺》習(xí)題課Ⅰ知識回顧（1）什么是單擺？（2）單擺振動的回復(fù)力來源于什么？單擺做簡諧運動的條件是什么？（3）知道單擺的周期和什么有關(guān)？單擺振動的周期公式怎樣？Ⅱ例題精講例1.如下圖所示，用兩根長度都為L的繩線懸掛一個小球A，繩與水平方向的夾角為α，使球A垂直于紙面作擺角小于5°的擺動，當它經(jīng)過平衡位置的瞬間，另一小球B從A球的正上方自由下落，并能擊中A球，則B球下落的高度是

。例2.若單擺的擺長不變，擺角小于5°，擺球質(zhì)量增加為原來的4倍，擺球經(jīng)過平衡位置的速度減小為原來的