资源简介

课时教学设计
《单摆》教学设计
课题 单摆
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
1.教学内容分析
《单摆》是普通高中人教版物理选择性必修一第二章《机械振动》中第4节的内容。单摆是简谐运动的典型模型之一。本节在简谐运动内容之后，既是对前几节知识的巩固，也是加强了理论和实际相联系。本节以问题作为切入点，提出“单摆的摆动是否为简谐运动”，启发学生思考，通过对单摆回复力的推导和观察墨汁实验，丰富了学生的学习经历，深化了对简谐运动的理解，发展学生的建模能力。再通过研究单摆的简谐运动特点和规律，促进学生科学思维的发展。最后在利用相关知识，解释生活中的实际问题，增强了学生学习物理的兴趣，体会物理知识在人类文明发展中的重要作用。
2.学习者分析
在学习单摆之前，学生学习了简谐运动的基本概念，掌握了振动图像、振幅、周期、频率、回复力和能量等内容。本节是简谐运动的实例应用。通过分析单摆的受力和运动，能够加深学生给简谐运动的进一步理解和应用，构建运动的完整体系。促进学生的知识体系的形成，提升学生的科学探究能力。
3.学习目标确定
1.理解单摆模型的条件，能从实际问题中抽象出单摆模型。2.能通过理论推导，判定单摆小角度振动的运动特点。3.在探究单摆的周期与摆长的定量关系时，能分析数据、发现规律，形成合理的结论，能用单摆的知识解释有关现象。4.知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系，能运用其解决相关实际问题。
4.学习重点难点
重点：探究单摆运动规律和单摆周期公式。难点：单摆回复力的判定以及小角度下的近似处理，分析等效摆。
5.学习条件支持
1.生活中竖直平面往复运动视频。2.现场演示竖直平面内小球往复运动。3.人教版教材重点正文材料。
6.学习活动设计
过程学习内容与教师活动（引领性问题）学生任务或学习活动设计设计意图或评价目标环节1创设情境：生活中经常可以看到悬挂起来的物体在竖直平面内往复运动。将一小球用细绳悬挂起来，把小球拉离最低点释放后，小球就会来回摆动。引领性问题：竖直平面内的往复运动有哪些运动特点？教师活动：PPT展示和视频展示生活中的常见的竖直平面内的往复运动。学生活动：观察小球的往复运动，体会生活中小球摆动的运动特点。学生活动：思考生活中还有哪些常见的竖直平面内往复的现象。设计意图：利用学生们常见的现象，分析竖直平面内小球摆动的运动特点。设计意图：通过设置问题，有效调动学生学习物理的兴趣，唤起学生积极参与研究本节内容的意识。环节2教师活动：给出单摆模型的定义，长度不可改变的细线，细线的质量与小球相比可以忽略，小球的直径与细线的长度相比也可以忽略，这样的装置就叫做单摆。强调单摆为理想化的模型。引领性问题：在实际问题中，实际摆做怎样的处理可以近似为单摆？学生活动：总结单摆模型的特点。小球的质量大、体积小，摆线不可伸缩、质量忽略、足够长。学生活动：根据单摆的定义，分析生活中的单摆模型。设计意图：帮助学生建立理想化模型，强调物理建模的重要性。设计意图：通过联系实际情景，培养学生模型建立的科学思维。环节3引领性问题：如何证明小球的摆动是简谐运动呢？教师总结：方法一：根据回复力的规律F=-kx判断。方法二：根据物体的振动图像（位移-时间图像）判断。教师活动：理论推导，小角度下的单摆模型回复力的表达式，满足简谐运动回复力的方程。回复力是切线方向的合力，由重力的切线分力提供。表达式为：方向：沿切线指向平衡位置。向心力是半径方向的合力，由拉力和重力的径向分力提供。表达式为：方向：沿半径指向悬点，只改变速度的方向。教师活动：给出角度很小时，Sinθ和θ的数值。当θ很小时，Sinθ≈θ，x≈弧长教师活动：细线下悬挂一个除去了柱塞的注射器，注射器内装上墨汁。当注射器摆动时，沿着垂直于摆动的方向匀速拖动木板，观察喷在木板上的墨汁图样。学生活动：小组讨论，复习证明简谐运动的方法。确定利用回复力方程证明，单摆模型的运动为简谐运动。学生活动：通过对单摆运动的受力分析，区分向心力和回复力，建立坐标系给出各自的表达式。学生活动：自己理论推导，同桌之间相互检查。学生活动：分析数据，了解角度很小时，Sinθ和θ的值近似相等。学生活动：观察实验，理解利用图像法证明单摆模型是简谐运动。自己动手，和同桌配合模拟墨汁图样。设计意图：以提问的形式，让学生回顾知识，夯实基础。设计意图：通过类比的方法，进一步加深对圆周运动受力分析的能力，强化解题能力。设计意图：提升学生知识迁移的能力，培养学生的逻辑思维。设计意图：让学生在推导过程中体会物理学中常用的近似方法，完善知识体系的构建。设计意图：增加课堂的趣味性和学生的参与度，在游戏中体会物理的实操性。环节4引领性问题：有的单摆振动周期较短，而有的却较长。那么，单摆的周期究竟与哪些因素有关呢？教师活动：演示实验，通过实验观察，设计表格，定性的分析单摆周期与摆长有关。教师总结：荷兰物理学家惠更斯进行了详尽的研究，发现单摆做简谐运动的周期T与摆长L的二次方根成正比，与重力加速度g的二次方根成反比，而与振幅、摆球质量无关单摆周期公式：并给出各个物理量代表的含义。知识拓展1：利用简谐运动的周期方程：结合单摆模型的回复力方程：把k的表达式带入到周期公式中，可得拓展知识2：等效摆模型的两类问题：等效摆长周期变为：总结：等效摆长为摆球重心到摆动圆弧圆心的距离。等效重力加速度周期变为：总结：等效重力加速度是小球静止在平衡位置时的拉力除以质量。学生活动：思考发现摆长、振幅和质量与单摆的周期有关。小组合作，设计实验，明确实验思路，可以利用控制变量法，把物理量以表格的形式呈现出来。通过分析数据，得出实验结论。学生活动：利用周期公式，进一步验证实验结论。学生活动：根据简谐运动的周期公式，推导单摆模型的周期公式。学生活动：小组讨论，类比单摆模型，再次理解L和g的含义。设计意图：通过演示实验，培养学生分析问题和研究问题的能力，也是科学探究的基本方法。设计意图：通过理论和实验相结合的方法，让学生经历科学探究的过程，增强科研能力。设计意图：通过知识的拓展，开阔学生的知识领域，拓展学科内容，培养学生的科学思维能力。设计意图：通过类比的方法，加深学生对知识的理解，培养学生归纳总结的能力。环节5教师活动：课后巩固和拓展阅读教材46页科学漫步。学生活动：在讨论中逐步认识到单摆的出现，极大地提升了计时的精确度。设计意图：通过列举各个时代的计时器，让学生体会物理知识在人类文明进步和科学技术发展中的重要作用。课堂小结：单摆是简谐运动的典型模型之一。证明单摆模型回复力方程满足简谐运动规律。强调单摆模型的回复力是摆球所受重力沿切线方向的分量。单摆周期公式，即周期与摆长的二次方根成正比，与重力加速度的二次方根成反比，而与振幅、摆球质量无关。
7、板书设计
定 义：不可伸缩的细绳，悬挂一个质量大、体积小的球，做小角度摆动单摆 回复力： 周 期：
8、作业与拓展学习设计
课后习题，拓展学习：利用简谐运动的周期公式证明单摆的周期。利用等效摆模型计算周期。
9、特色学习资源分析、技术手段应用说明
主要运用的是多媒体教学，图像、视频、动画巧妙结合并呈现，不但可以激发学生的学习兴趣，做到理论联系实际，帮助学生快速建模。同时也有助于学生对重点知识和难点知识的掌握、理解和运用。
10、教学反思与改进

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