1、单 摆一、 教材分析单摆是现行教科版普通高中物理选修3-4的第一章机械振动中第二节的内容，是高中物理振动的核心内容。它具有承上启下的作用，作为简谐运动的特例，既巩固前节机械振动 简谐运动的基础振动知识，又为第五节学生实验：利用单摆测量重力加速度抛砖引玉，铺垫理论知识。与此同时，单摆模型生活来源的引导，也为本章第三节、第四节振动相关知识做一定的铺垫，使学习更贴近生活更具有趣味。二、 学情分析秋千、钟摆等生活实例让学生对单摆的构造、振动等有一定的感性认知。在理论知识方面，高二学生已经掌握了简谐运动的相关知识，对摆动物体的运动形式和受力特征都有一定的认识；在实验方法和操作方面，他们能够熟练运用控制变
2、量法进行实验设计，实验动手能力有一定欠缺。更多的不足在思维能力上，在将单摆的运动向简谐运动过渡时对学生发现问题、综合知识分析的能力要求较高，跨度较大，容易造成学生学习障碍。三、教学目标根据课程标准，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观3方面确定教学目标。【知识与技能】1、认识单摆的构造与理想化条件，理解单摆的振动特点和相应受力特征，知道单摆做简谐运动的条件，掌握单摆振动的周期公式，会利用公式进行基本计算2、能够对影响单摆周期的因素进行猜想，自主讨论设计探究性验证实验，并通过思维分析，发现问题，解决问题3、初步掌握近似处理方法【过程与方法】1、通过单摆概念的学习过程，认识到建立物理模型对于
3、物理学习和物理研究的重要性；2、通过分组自主探究单摆的振动特点和单摆周期的影响因素，学会用控制变量法设计探索性对比实验，对问题进行定性分析【情感态度价值观】1、 认知抓住主要因素，忽略次要因素的辨证唯物主义思想；内化观察现象发现问题提出问题提出猜想实验验证得出结论的探究性科学研究方法，对学生进行实事求是的科学思想熏陶2、在探索的过程中，体会探索的艰辛与喜悦，体会合作的愉快，培养合作学习、互相学习的习惯和实际动手能力四、教学重点、难点【重点】1.单摆回复力的推导及做简谐运动的条件；2.探究单摆周期的实验设计与实施及单摆周期公式的理解；【难点】 对单摆振动的回复力的推导及对其近似处理得出单摆做简谐
4、运动的条件五、教法和学法 为激发学生的创新精神、培养学生的综合运用所学知识的能力，在教法上，我采用研究式学习方式，对问题的分析、处理上采用归纳推理方法。教学过程中突出物理学科重要的研究方法： 现象观察 提出问题 提出假设 建立模型 实验分析 理论推导 形成规律 应用实践。力求使学生通过单摆的学习，对自然科学的研究方法有深一层次的体验，在培养学生基础性学力的同时，潜移默化、有效地培养学生的发展性学力和创造性学力。教学以创设教学情景开始，从实例中抽象出单摆的模型，然后请学生观察单摆的振动，并从中发现问题，以此为源头，不断深深入挖掘出一个个问题，一步步深入开展探究活动。其中的高潮部分是学生自主探究单
5、摆周期因素及其验证实验，通过让学生展示探究实验结果，强化学生学习效果的同时，培养学生的综合素质。 课堂上，学生分组进行讨论，合作进行实验方案的设计，实验的实施，组内推荐代表展示实验结论。六、教学设备多媒体课件，铁架台，钢球（1个），玻璃球（1个），塑料球（1个），钩码（一盒），细线若干七、教学过程设计、新课引入： 视频：神舟十号王亚平太空演示单摆运动【教学设计说明】以创设学习环境，激发学生兴趣，导入新课。、课堂展示与讨论一、单摆构造与模型化条件思考1：生活中哪些运动与单摆运动类似，它们的摆动有哪些共同点？思考2：秋千的摆动，最终会停下来，是为什么呢？我们能不能从秋千和摆钟抽象出一个简单的物理模
6、型呢？【教学设计说明】从实际生活的实例入手，激发学生主动构建单摆的模型，同时将物理与实际相联系(1) 单摆的构造：一根不计形变的细线，上端固定，下端系着一个质点。为了使学生能够区分实际的摆与理想化的单摆，经由学生讨论，教师再总结，把实际的摆做如下简化：悬挂小球的细线不可伸缩，质量可以忽略。细线长比小球直径大的多。小球比重大些，以致于小球所受空气阻力可以忽略。我们把满足上述条件的摆称为单摆，单摆是实际摆的理想化模型。在单摆模型建立过程中注意强调以下几点： 忽略次要矛盾、突出主要矛盾是我们认识世界物质规律的重要方法。单摆是实际摆的理想化模型。 单摆的摆动必须在同一个平面上，否则就成为圆锥摆二、单摆
7、的运动与回复力：做一做：你能自制简易单摆吗？学生身边物体创作；教师准备实验装置：图1-2-1，学生分组观察摆球的运动思考3：振动摆球，观察单摆运动，说说其运动形式，并找到其运动形式对应的受力特征。（画示意图）分组学生代表回答：运动形式受力特征（动力学表达式）特殊位置的受力特征最低点最高点相对圆心圆周运动沿半径方向合力提供向心力:绳拉力和重力的合力（不为0）全部提供向心力摆球所受合力在半径方向上的分力提供向心力相对最低点机械振动F回 = - mgsinF回 =0F回 最大【教学设计说明】学生参与课堂，调动学生学习的主动性；教师强调“摆球在最低点合外力不为零”和回复力的方向（易错点）从分析中发现：
8、1、回复力是摆球所受合力的一部分；同时也是重力沿摆球圆弧轨迹切线方向的一个分力。2、回复力表达式：F回 = - mgsin思考4：单摆是机械振动，是简谐运动吗？教师活动：适当引导学生如何从力学角度证明简谐运动，找到突破口为位移x与的关系学生观察受力分析图中的位移x与 证明：数学知识：很小时，sin=从单摆图可知： x=*l从单摆受力特征有：F回 = -mgsin综合上述各式，可得：F回 = -mg= -mgx/l=-kx结论：3、单摆在偏角很小时的振动才是简谐振动例1、下列关于单摆的说法，正确的是（）A单摆摆动从平衡位置运动到正向最大位移处时的位移为A（A为振幅），从正向最大位移处运动到平衡位
9、置时的位移为AB单摆摆球的回复力等于摆球所受的合外力C单摆摆球的回复力是摆球重力沿圆弧切线方向的分力D单摆摆球经过平衡位置时加速度为零【教学设计说明】单摆回复力及简谐运动条件是本节内容的重难点，引导学生联系数学知识、添加习题等方式可深化学生对该知识点的理解程度；采用引导，逐层推进的教学方式，主要在于培养学生分析问题、寻找解决方法的逻辑能力；同时，这样也使学生对单摆的运动形式形成反复递进的认识，使学生明确单摆做简谐运动是有条件的，深化单摆是理想模型的认识。思考4：单摆在偏角很小时的振动是简谐运动，简谐运动具有周期性，单摆的周期如何，会受到哪些因素的影响？学生分组观察单摆装置、提出猜想、讨论可能性
10、：各组代表到讲台阐述结论【教学设计说明】：让学生投入实验中，体会实验在物理学习和研究中的重要性；探究式学习使学生在教学中起主体作用；分组实验加强了学生的合作意识。活动的设置不但活跃了课堂气氛，同时提高了学生的动手能力，实验过程的开放性，也激发了学生探索的欲望。教师总结：三 、单摆的周期1、决定单摆周期的因素（1）单摆周期与摆球振动振幅无关，称为单摆的等时性；（2）单摆周期与摆长有关，关系为摆长越长，周期越长。思考5：如何探究单摆周期与摆长间的定量关系？学生分组讨论，制定实验方案：（1）制作单摆，要注意哪些事项？（2）如何测摆长？如何测周期T？（4）多次测量，观察数据，提出猜想:猜想周期T与摆长
11、间的关系用描点法作出图像，从而确定二者间的关系。教师结论：在归纳学生方案的同时，肯定学生的猜想和探究学习的表现。测量时，强调摆长l=l+d/2；周期为每次测量30-50次全振动时间，再取平均值。说明，因本章第五节学生实验，利用单摆测量重力加速度，本节课不安排同学们完成单摆周期与摆长间定量关系的探究性实验。【教学设计说明】明确研究方案即可，这部分内容主要为第五节做理论铺垫。思考6：同学们从单摆的结构和振动特点对单摆周期影响因素提出了猜想，验证实验也完成得非常好。除此以外，周期是描述物体运动状态的物理量，单摆的振动发生变化由什么引起，是否还有其他因素影响单摆周期?教师结论：重力加速度；科学家的实验
12、已经证实单摆周期受到单摆所在地重力加速度的影响。【教学设计说明】因学生对猜想重力加速度这一影响因素存在困难，这节内容要根据课堂上学生的情况适当调整。正如同学们今天对单摆周期的探究，早在17世纪，物理学家就对单摆的振动进行了观察、实验验证，其中，荷兰物理学家惠更斯发现2、单摆周期公式 单摆做简谐运动的周期T与摆长的平方成正比，与单摆所在地重力加速度g的平方成反比；而与振幅、摆球质量无关。对单摆周期公式做以下说明： L是单摆的摆长，是从悬点到单摆重心之间的距离 单摆周期与l和g有关，与振幅和摆球质量无关 公式适用的条件是：单摆做简谐运动，一般要求单摆最大偏角50【教学设计说明】根据学生讨论等课堂表
13、现，归纳上述探究性方案，在摸索中培养学生寻找解决问题方法、有依据提出结论的务实精神；介绍相关物理学史内容，树立学生对科学先辈的崇拜感，引领更多的学生走入科学研究的世界、巩固练习：类型1、会用单摆周期公式解决简单问题例1、根据单摆做简谐运动的周期公式，可知（ ）A.摆长无限减小,可以使振动周期接近于零B.同一单摆在月球表面的摆动周期一定比地球表面的周期长C.单摆的振动周期与摆球的质量无关D.单摆的振动周期与摆角无关,所以摆角可以是300例2、如图所示为甲、乙两单摆的振动图象，则（）A.若甲、乙两单摆在同一地点摆动，则甲、乙两单摆的摆长之比为l甲l乙=21B.若甲、乙两单摆在同一地点摆动，则甲、乙
14、两单摆的摆长之比为l甲l乙=41C.若甲、乙两摆摆长相同，且在不同的星球上摆动，则甲、乙两摆所在星球的重力加速度之比为g甲g乙=41D.若甲、乙两摆摆长相同，且在不同的星球上摆动，则甲、乙两摆所在星球的重力加速度之比为g甲g乙=14、课堂小结 质量不计 摆线 ： 长度远大于小球直径一、单摆模型 不可伸缩 摆球： 质点（体积较小 质量较大）二、单摆的回复力： 在最大摆角很小的情况下，单摆做简谐运动三、单摆周期： 单摆做简谐运动的周期跟摆长的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比，跟振幅、摆球的质量无关、课堂延伸与课后作业 留下课后思考：如何利用单摆估算天体的质量？ 课后作业：练习册八、教学反思本节课突出学生活动，加强实验教学，充分体现物理学科以实验为基础的特点，将演示实验改为先学生设计实验，再教师总结，最后学生分组实验探究，并且通过探究实验学习科学探究的方法，逐步提高自主学习能力，培养实践能力和科学探究的精神。注重启发式教学，精心设计教学过程中的问题，加强师生间的互动，启发引导学生积极主动探究研究问题。讲授法辅以多媒体教学相结合，激发学习兴趣，创造丰富全面的学习环境。教学过程中，部分学生比较内敛，不善于表达自己，学习的主动性表现不充分，课堂进程较缓慢。在之后的教学中，要多肯定学生的表现，树立学生自信心。
