第一篇：單擺的教學設(shè)計

《單擺》教學設(shè)計

高二物理組 梁永

一、教材分析

本節(jié)內(nèi)容為選修3—4第十一章《機械振動》中第4節(jié)“單擺”。

單擺的振動是簡諧運動的重要特例，教材中安排這節(jié)內(nèi)容，不僅使學生了解一種典型的簡諧運動，而且也對前面所學的簡諧運動概念起到加深理解和鞏固的作用。本節(jié)教材首先給出一個理想模型——單擺，結(jié)合生活經(jīng)驗與之前學習的知識，引導學生體驗、判斷單擺的運動是不是簡諧運動，然后通過演示實驗及其理論的分析得出單擺在擺角很小時的振動屬于簡諧運動；后又要求用實驗方法定性分析單擺的周期及用單擺測量重力加速度。教學中涉及到了較多的物理思想方法，如理想模型法、近似法、圖像法、控制變量法等，是高中物理的重要內(nèi)容之一。這樣使教材的容量變大，研究方法增多，對教師駕馭教材的能力提出了較高要求。本節(jié)教材的重點是引導學生通過實驗，研究和探索物理規(guī)律，使學生在理解和掌握物理規(guī)律的同時，充分認識物理學是一門實驗科學，提高實驗操作和研究能力。

二、學情分析

1、思維基礎(chǔ)

學生已經(jīng)初步有了探究事物的一般方法，即“是什么？──怎么樣？──為什么？”的思維方法。根據(jù)新課程重視“過程與方法”的教學理念和高二學生由直觀認識向邏輯推理、實驗推理過渡階段的認識特點，本設(shè)計中就通過創(chuàng)設(shè)問題情景，激勵學生自己提出想要研究的問題。

2、心理特點

依據(jù)高中生求異思維很活躍的特點，通過實驗和多媒體手段滿足學生渴望獲取新知識的需求學生在強烈興趣（名人事跡引入）的驅(qū)使下，利用已有知識進行新規(guī)律的探究，既有挑戰(zhàn)性，也有成就感。

3、已有知識

學生對機械振動的初步了解。在上這節(jié)課之前，通過前幾節(jié)內(nèi)容的學習，學生知道了簡諧振動的特點，通過生活中一種常見的模型——單擺，探究它的運動情況如何，從而萌發(fā)了學生繼續(xù)探究的興趣。

三、教學目標與重點、難點

知識與技能：知道單擺的概念，理解簡諧運動，掌握單擺的周期公式，并能用來進行有關(guān)的計算。過程與方法：采用理想化的方法建立物理模型，用控制變量法來研究物理問題，用近似處理方法來解決物理問題。

情感、態(tài)度、價值觀：通過實驗研究，養(yǎng)成耐心、細致的學習習慣和一絲不茍的科學態(tài)度，體驗科學探究的思想方法。

重點：單擺的周期公式及應(yīng)用 難點：單擺回復(fù)力的分析

四、新課教學

（一）、復(fù)習回顧

1、什么是簡諧運動？做簡諧運動的物體回復(fù)力有什么特點？

2、做簡諧運動物體的回復(fù)力具有什么特征？

（二）、新課探究

1、單擺（1）、定義：在細線的一端拴上一個小球，另一端固定在懸點上，如果細線的伸縮和質(zhì)量可以忽略不計，球的直徑比線長短得多，這樣的裝置叫單擺。（2）、單擺的運動

驗證單擺作簡諧運動的兩種方法： 運動學圖像或動力學關(guān)系F=-kx平衡位置在哪兒？ 回復(fù)力指向？

單擺受哪些力？回復(fù)力由誰來提供？

回復(fù)力與位移之間滿足什么關(guān)系？（3）、單擺做簡諧運動的條件

當最大擺角很?。é龋?0）時，單擺在豎直面內(nèi)的擺動可看作是簡諧運動（4）、引入案例

2、單擺周期的影響因素

猜想并利用控制變量法進行驗證實驗

（1）單擺振動周期與振幅無關(guān)——等時性（2）單擺振動周期與質(zhì)量無關(guān)（3）單擺振動周期和擺長有關(guān)：

擺長越長，周期越長。

3、單擺的周期公式

T?2?Lg（1）、單擺周期與擺長和重力加速度,擺長有關(guān)，與振幅和質(zhì)量無關(guān)。（2）、擺長、重力加速度都一定時，周期和頻率也一定，通常稱為單擺的固有周期和固有頻率。

4、單擺的應(yīng)用（1）、計時器（2）、測定重力加速度

（三）、課堂鞏固

（四）、課堂小結(jié)

（五）板書設(shè)計

單擺

一、單擺

1、定義

2、單擺的運動

3、單擺做簡諧運動的條件

二、單擺的周期公式

T?2?Lg

第二篇：單擺教學設(shè)計

《單擺》教學設(shè)計

江蘇省邳州市宿羊山高級中學 周中華

一、設(shè)計思想

中學物理教學的目的，是使學生比較系統(tǒng)地掌握進一步學習現(xiàn)代科學技術(shù)所需的物理基礎(chǔ)知識，了解這些知識的實際應(yīng)用，培養(yǎng)學生的實驗技能、思維能力、自學能力和靈活運用知識解決實際問題的能力；培養(yǎng)學生的辯證唯物主義觀點。培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力是現(xiàn)代教育研究的核心，本文介紹單擺課題中開展創(chuàng)新教學、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的一點做法。

舊教育模式基本如下：

提出單擺的模型→規(guī)律→應(yīng)用、解題

該教學模式重視的是知識的傳授，重點是知識的應(yīng)用──解題，且通過解題來熟練掌握該知識和提高運用這些知識解決問題的能力，即熟練解題技巧。這種教學模式，缺乏知識的產(chǎn)生和發(fā)展的過程，學生實際參與少，體驗不深，理論聯(lián)系實際少，且介紹創(chuàng)造發(fā)明的往往一筆帶過。本人認為這把物理學的精華部分給埋沒了，使學生感到學習物理知識是為了解題，為了升學考試，從而使學生的學習處于被動狀態(tài)，即學生對學習的內(nèi)在動力不足，興趣不濃，這是目前教學中存在的共同問題。大量解題，學習解題的各種技巧，造成知識面狹窄，自學能力差，除課本上知識外，很少接觸其他課外書，不重視實驗，觀察能力和實驗操作能力差。

本人根據(jù)自己的教學經(jīng)驗結(jié)合“單擺”教學實際，確立如下教學模式：

觀察→抽象建?！?guī)律→應(yīng)用

此教學模式讓學生充分感受、理解知識的產(chǎn)生和發(fā)展過程，引導、啟發(fā)學生模擬探究原科學家的實踐活動過程，發(fā)現(xiàn)“新”現(xiàn)象，通過聯(lián)想、判斷、推理、分析、綜合，歸納出物體呈現(xiàn)如此現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律，然后把規(guī)律應(yīng)用到實際中去。力求體現(xiàn)物理學研究的基本方法，重點展現(xiàn)發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過程和應(yīng)用規(guī)律的過程，即展現(xiàn)發(fā)現(xiàn)、發(fā)明創(chuàng)造的過程，從中培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，使學生感到所學知識確有實際意義，從內(nèi)心感到確需知道該知識和方法，從而積極參與、主動學習、自主探索。同時體現(xiàn)教師適時點撥、“搭橋引路”的主導地位。當然在教學過程中要精選習題、當堂達標訓練，切實提高課堂教學效率。

二、教學過程

下面是該教學模式的具體操作過程：

1．觀察：鐘擺的擺動

由日常見到的現(xiàn)象：掛燈在風吹后的擺動，秋千在人推動后的擺動

（物體來回擺動）入手，通過聯(lián)想、判斷使學生感到我們所研究的物理現(xiàn)象來源于自然，不是憑空想象出來的。

2．抽象建模

把觀察到的物理現(xiàn)象進行抽象，建立理想模型，使研究的物理問題簡單化。在細線的一端拴上一個小球，另一端固定在懸點上，線的伸縮和質(zhì)量忽略不計，球的直徑比線長短得多，即把球看成一個質(zhì)點──單擺模型。

3．規(guī)律

（1）單擺呈現(xiàn)來回擺動現(xiàn)象的本質(zhì)：讓學生想想，師生一起分析擺球受到重力和細線的拉力不在一條直線上，即受力不平衡的緣故。重力沿細線垂直方向的分力，即是使擺球回到最低點的回復(fù)力，注意這個力不是重力和細線拉力的合力。在擺角小于5°時，擺球運動可看做簡諧運動。擺球在空間擺動觀察時如無顯著的參照物作為標準，很可能造成圓錐擺。可采用上端帶有支架（支架垂直與面板，并且po在一條直線上垂直與面板）的面板。如圖（1）。人是很難做到不同擺角和同一擺角。易造成擺角過大而引起非簡諧運動，或擺角太小不易測量周期?，F(xiàn)在面板上做一以p為圓心的半圓，并標出刻度。實驗時就可以根據(jù)面板上的刻度讀出擺角值，從而準確的驗證影響周期的因素。

（2）單擺的規(guī)律：等時性。

模擬科學家研究過程，但不完全照搬，也要有所創(chuàng)新。從中激發(fā)學生的興趣，重視學生的內(nèi)心體驗與主動參與。伽利略在教堂中看到掛燈的擺動，發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象，并研究得出單擺的等時性。根據(jù)歷史記載，伽利略所處年代還沒有精確的計時儀器，他如何確定的？只好用自己的脈搏跳動測得，他利用人在正常情況下脈搏跳動是基本均勻的，這是一種類比方法?，F(xiàn)在我們有計時儀器，可以照課本上實驗來確定這一結(jié)論。一般人的脈搏跳動總有些不穩(wěn)定，這樣實驗不夠精確，那么我們現(xiàn)在如何設(shè)計一個簡單而精確的實驗來驗證呢？讓學生想一想，然后提示學生用比較法。

用2個單擺比較，可能有學生提出；也許是巧合呢？那么用5個單擺，其中2個擺球形狀、質(zhì)量完全一樣，其余3個各不相同（這樣容易比較）。用5根約1m長的細線一端拴住擺球，另一端各懸掛在同一水平橫桿上（并排）如圖2，使擺長一樣（這是實驗成敗的關(guān)鍵）。想想如何比較擺球的周期相同不相同？

先試一下，一個一個推動擺球（擺角<5°），讓擺球擺動，可以看到擺得較亂，看不出關(guān)系。設(shè)法拉開擺球，從同一高度同時靜止釋放，可觀察到同步擺動。這說明單擺的周期跟單擺的擺球質(zhì)量無關(guān)。再設(shè)法把小球拉開不同角度，同時靜止時釋放，可觀察到：同步擺動（注意沿著橫桿方向看）。這說明單擺的周期跟單擺的振幅無關(guān)，由此得到單擺的等時性（使學生感到成就感）。那么單擺的周期跟什么因素有關(guān)呢？（讓學生想想，猜想可能是擺長），改變其中4個單擺的擺長，使它們擺長不一樣，再讓它們同時擺動，可觀察到；擺長長的，擺動慢，擺長短的，擺動快。

課本中并沒有通過實驗驗證重力加速度與周期的關(guān)系。若采用磁性擺球，并在擺球的平衡位置正下方放一U型的磁鐵，相當于增大重力加速度。比較和未加磁鐵時同一擺球50～60次全振動所需時間就驗證了重力加速度增大時周期變短，改變磁鐵磁極，相當于減小重力加速度，周期變長。說明重力加速度的改變可以影響周期的變化。然后提出，這由惠更斯研究發(fā)現(xiàn)單擺的振動周期跟擺長的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比，且確定了如下的單擺振動周期公式（也可用數(shù)學方法和彈簧振子的周期公式推導出這一公式，應(yīng)看學生的基礎(chǔ)、程度而定。）

4．應(yīng)用

由物理現(xiàn)象得出物理規(guī)律，再應(yīng)用到實際中去，這是物理研究的最終目的，是理論聯(lián)系實際的過程，也是發(fā)明創(chuàng)造的過程，也即學生內(nèi)化和外延的過程。在這過程中有意識地培養(yǎng)學生發(fā)散思維，并進行“創(chuàng)造發(fā)明”的教學。

由惠更斯首先利用單擺的等時性，直接應(yīng)用發(fā)明了帶擺的計時儀──擺鐘。簡介擺鐘基本結(jié)構(gòu)，然后讓學生想想擺鐘有哪些缺點。

分析原因：（1）由于熱脹冷縮，引起擺長改變，使計時有快慢。（2）鐘擺受阻力作用，擺動一定次數(shù)后要停止，需定時上發(fā)條，不方便。（3）造價貴，與現(xiàn)行的電子鐘、石英鐘比較，電子鐘、石英鐘精確，一節(jié)5號電池，可使用半年。

然而是不是要淘汰擺鐘呢？不，有人把這做得大一些，做成一種落地座鐘，成為一件裝飾品，又是一種計時器，這也是一種創(chuàng)造發(fā)明。

聯(lián)想運用單擺的周期公式，可以測定當?shù)氐闹亓铀俣龋挚赡玫侥骋恍乔虮砻嫔?，測該星球表面的重力加速度：

等效應(yīng)用：把一個物體的來回運動等效看成單擺的運動。例如，一個小球在較大半徑的光滑圓弧槽內(nèi)來回運動（槽固定在地面上），可以等效看成繞圓心來回擺動的單擺運動。又如，雙線擺可等效看成某一擺長的單擺運動，在升降機中單擺周期的變化，等等。應(yīng)用中不僅使學生解題能力得到提高，而且使學生的創(chuàng)新能力和綜合能力得到培養(yǎng)，使學生在獲得知識同時，多方面的能力也得到培養(yǎng)，但應(yīng)用中應(yīng)減少一些純粹為熟練公式或無實際價值的問題。

本節(jié)課設(shè)計的指導思想是培養(yǎng)學生各方面的素質(zhì)，教學中以實驗為基礎(chǔ)結(jié)合學生的思維特點。充分發(fā)揮教師的主導作用，體現(xiàn)學生的主體地位，讓學生成為知識的發(fā)現(xiàn)者，以規(guī)律的認識為主線，把傳授知識、培養(yǎng)能力、滲透方法有機結(jié)合到一起。目的在于培養(yǎng)學生各方面的能力。2009-02-25 人教網(wǎng)

第三篇：“單擺”探究式教學設(shè)計

“單擺”探究式教學設(shè)計

“單擺”探究式--山東省濟寧市實驗中學 李志強 侯代平教學過程： 1．貼近生活，引入題

在日常生活中，經(jīng)?？梢钥吹綉覓炱饋淼奈矬w在豎直平面內(nèi)作擺動：擺鐘擺錘的擺動，公園里小孩在蕩秋千，起重機下貨物的晃動……懸掛物體在豎直平面內(nèi)做什么運動？擺鐘是利用什么原理制作的？學習了“單擺”這節(jié)后，我們就會明白了。

2．探究擺的振動周期（1）提出問題

教師展示擺鐘，引導學生觀察擺錘的擺動和指針的變化，然后展示擺球、鐵架臺、細線等實驗裝置，演示擺球在豎直平面內(nèi)的振動，引導學生注意觀察擺球的往復(fù)運動。引導學生在觀察、討論中，聯(lián)系往復(fù)運動表現(xiàn)出的運動周期性，提出問題：

擺的振動周期與哪些因素有關(guān)？（2）進行猜想

針對所提出的問題組織學生討論，學生依據(jù)已有的科學知識、經(jīng)驗，通過思考作出猜想：

①擺的振動周期可能與擺球的振幅有關(guān)； ②擺的振動周期可能與擺球的擺長有關(guān)； ③擺的振動周期可能與擺球的質(zhì)量有關(guān)。

討論時，有的學生可能猜想擺的振動周期與擺球所受重力有關(guān)，很少有學生猜想擺的振動周期與重力加速度有關(guān)。（3）設(shè)計實驗

教師要引導學生討論確定實驗方法：控制變量法，并依此設(shè)計實驗方案。

教師可將班級學生分成甲、乙、丙三大組（每一大組再分成若干小組）探究擺的振動周期與擺球的振幅、質(zhì)量、擺長的關(guān)系。學生進行討論，整理、歸納出所需的實驗器材、實驗步驟和要測的物理量（見表1）。表 1

擺的周期和重力加速度的關(guān)系在堂上不易進行實驗探究，可組織學生討論、設(shè)計實驗方案。學生可能提出在高層建筑中，在升降機中，在月球上，在飛船中，在地球上的不同地區(qū)……做實驗。要求學生后寫出具體的實驗設(shè)計方案。（4）實驗探究

學生分組實驗，使用儀器進行觀察、測量和實驗，同時記錄觀察和測量的結(jié)果（見表1）。（）交流、評估

學生分析、進行觀察、測量和得出實驗結(jié)果，與猜想進行比較作出解釋（見表1）。各組選派代表進行交流，啟發(fā)學生評估各組實驗結(jié)果，總結(jié)擺的振動周期特點：①偏角較大時，擺的振動周期跟振幅大小有關(guān)；②擺的振動周期跟擺球質(zhì)量無關(guān)；③偏角較小時，擺的振動周期跟振幅大小無關(guān)，跟擺長有關(guān)，擺線增大周期變大，擺線縮短周期變小。3．探究單擺振動特征

教師：單擺是一種理想化模型，單擺由擺線和擺球兩部分組成：第一，擺線需由質(zhì)量不計、沒有伸縮性的細線提供；第二，擺球的密度較大，而且擺球的直徑要比擺線的長度小得多。這樣才可將擺球看成質(zhì)點，構(gòu)成單擺。前面實驗時提供的擺球和擺線基本符合構(gòu)成單擺的條，實驗用的擺可看作單擺。

（1）提出問題

在上述實驗探究中學生可能提出問題：單擺振動是不是簡諧運動？（2）進行猜想

組織學生討論，提出猜想：

①單擺振動不是簡諧運動，因為單擺振動周期的大小跟偏角的大小有關(guān)，不是一個定值。

②不能確定。因為單擺的振動是不是簡諧運動要看它受到的回復(fù)力的大小是否跟位移的大小成正比。

③因為在偏角較小時，單擺的周期跟振幅無關(guān)，跟擺長有關(guān)，像彈簧振子的周期那樣，周期由振動物體本身決定。所以這時單擺振動是簡諧運動。（3）設(shè)計實驗

組織學生討論、歸納，確定設(shè)計思想，制定計劃： ①設(shè)計思想

簡諧運動圖像是一條余弦（或正弦）曲線，如果單擺振動是簡諧運動，它的振動圖像也應(yīng)是一條余弦（或正弦）曲線。②制定計劃

實驗器材：支架，線，盛砂漏斗，硬紙板，砂。

實驗步驟：把翻斗吊在支架上（擺長較長），下方放一塊硬紙板．紙板上畫一條直線，漏斗靜止不動時正好在直線的正上方。在漏斗里裝滿砂，讓漏斗擺動，同時沿著跟擺動垂直的方向勻速拉動硬紙板，在偏角不同時進行實驗，觀察流砂在紙上形成的圖像。（可能有學生會提出用墨汁，彩色水代替砂；用蘸有墨汁的毛筆頭、針筒代替漏斗做實驗）（4）實驗探究

學生分組（4人1組）實驗，邊觀察邊記錄，將實驗結(jié)果填入

（）交流、評估 分析圖象

偏角由6°→10°的圖像逐漸接近余弦（或正弦）曲線。在偏角較大時單擺的振動圖像不是簡諧運動圖像，這時單擺的振動不是簡諧運動。

在偏角很小時單擺的振動圖象是簡諧運動圖像，這時單擺的振動是否一定是簡諧運動？下面進一步作理論探究。理論推導

讀讀議議：學生閱讀、討論文上的內(nèi)容，教師巡視指導并隨時解惑。

使擺球偏離平衡位里，然后放開，擺球就在重力和拉力的作用下在一個圓弧上來回運動。重力沿懸線方向的分力和懸線的拉力的合力，方向指向圓心，成為擺球沿圃弧運動的向心力，只改變擺球運動的方向。不改變運動的快慢。因此，在研究單擺振動的回復(fù)力時不需要考慮向心力，只考慮重力沿圓弧切線方向的分力。在偏角B很小時圓弧可以近似地，成直線，分力F可以近似地著作沿這條直線作用，單擺的回復(fù)力為。其中為擺長，x為常數(shù)。

可見，只有在偏角很小時，擺球在線性回復(fù)力的作用下運動，單擺的振動才很好地符合簡諧運動力的特征，才能視為簡諧運動。討論評估

猜想①：從片面的現(xiàn)象分析問題得出結(jié)論，沒有把握問題的主要方面來全面、辯證地分析實驗現(xiàn)象。

猜想②：是正確的。要判定某一振動是否是簡諧運動要看它是否具有簡諧運動的特征。在偏角很小時，單擺振動的回復(fù)力既可看成重力沿圓扳切線方向的分力也可看成重力跟懸線的合力沿圓弧切線方向的分力，跟位移成正比且方向相反，單擺的振動很好地符合簡諧運動的力的特征，可視為簡諧運動。

猜想③：有一定的道理。振動周期不變只是簡諧運動的表觀特征，而一切周期性振動都有這種表觀特征。根據(jù)彈簧振子的振動特點去猜想還要經(jīng)過實踐和理論檢驗。4．歸納總結(jié)

閱讀本，介紹荷蘭物理學家惠更斯研究單擺振動的成果?；莞估脭[的等時性發(fā)明了鐘擺的計時器。

結(jié)論：單擺在偏角很小的情況下做簡諧運動，力的特征：F=-x。單擺做簡諧運動的周期跟擺長的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比，跟擺錘的質(zhì)量、振幅無關(guān)，這時單擺振動周期公式為。

點評：教學中，在激發(fā)學生刻苦學習、追求真理、樹立為科學獻身的精神的同時，還要培養(yǎng)學生尊重科學、實事求是、一絲不茍的科學態(tài)度。．應(yīng)用擴展

問題：怎樣利用單擺脫測出當?shù)氐闹亓铀俣龋?學生討論，介紹測量方法?！?6．總結(jié)方法 在擺的振動周期和單擺脫振動性質(zhì)的研究中，實際上運用了解決實際問題的一種方法：提出問題→進行猜想→設(shè)計實驗→實驗探究→交流評估。7．題研究

（1）單擺是一種理想化模型。在水平面上放置的光滑圓弧形軌道上的小球作小幅度運動，可等效成單擺模型，怎樣測定它的運動周期？

（2）擺鐘誤差問題分析：機械擺鐘可看作單擺脫處理。擺鐘“走時”的誤差是由于擺鐘的振動周期偏大或偏小引起擺鐘指針指示的時刻與真實的時刻不相符。擺鐘由地面移到高山或由北京移到上海，擺鐘“走時”是否發(fā)生誤差？怎樣調(diào)整？

（3）多線擺周期測定。

制作雙線擺、多線擺測定周期，研究規(guī)律。

在本節(jié)的--中，將堂實驗與創(chuàng)設(shè)“探究式”問題情景結(jié)合，通過抓住知識的產(chǎn)生過程，積極引導學生主動探究，讓學生參與猜想、實驗、討論、應(yīng)用等多項活動，這是一種在教師指導下的探究式教學模式。在這種教學模式中教師的指導作用主要體現(xiàn)在：

①設(shè)計探究目標──就是教師要根據(jù)教學目標和內(nèi)容，確定探究的問題和探究的目標，并精心設(shè)計探究過程和方法。②創(chuàng)造探究條──探究之前和過程中，教師應(yīng)為學生提供充分的探究條。如實驗條、知識條、方法條，對一些模擬探究還需精心設(shè)計好，預(yù)測探究過程中可能出現(xiàn)的一些問題以及解決方案等。

③適當點撥引導──在學生的探究過程中，教師對他們的行為、方法和思維作適當?shù)狞c撥和引導，來指導學生去分析、認識和解決在探究過程中出現(xiàn)的一些實際問題，使探究過程順利進行，達到預(yù)期的教學目的。

④師生共同評價──在探究的過程中和結(jié)束后，要適時引導學生對探究的過程、方法和結(jié)論進行總結(jié)和評價。

第四篇：單擺教案

單擺·教案

一、教學目標

1．知識與技能：(1)理解單擺模型的特點；(2)掌握單擺的運動特征和規(guī)律 2．過程與方法

(1)單擺物理模型的構(gòu)建過程，“簡化”和“相對”(2)單擺的運動規(guī)律的探究過程 3．情感態(tài)度價值觀

培養(yǎng)學生嚴謹，實事求的科學精神，引導學生養(yǎng)成善觀察生活的好習慣，體會物理學科中研究物體運動規(guī)律的一般方法。

二、重點、難點分析

對單擺運動規(guī)律的探究中對單擺的受力的分析。

三、教具

單擺

四、主要教學過程

(一)引入新課

生活中經(jīng)?？梢钥匆娨恍┪矬w在豎直平面里的擺動，比如天花板上的吊燈在風吹后的擺動，公園離得秋千在人推動下的擺動，以及起重機下物體的晃動。。這些看似復(fù)雜的物體否認擺動究竟有什么共同的特點，是否有規(guī)律可循呢？

(二)進行新課

（1）構(gòu)建模型----單擺(教師拿出實驗室中的單擺展示)在我們實驗室中也有這樣一個擺，但是它是不是比我們剛才所看到的擺要簡單呢？

物理學在研究一些物體的運動時，通常會將問題簡化，抓住主要特征，忽略次要因素，根據(jù)這個思想我們就可以將剛才所舉的例子中的物體簡化為一根繩加一個小球，在物理學中，我們把這個模型叫做單擺，也就是我們實驗室的這套裝置。這樣，我們就可以通過對單擺模型的研究來獲悉這些物體的運動規(guī)律了（2）單擺模型的結(jié)構(gòu)特征

(教師拿出實驗室中的單擺展示)，我們說，研究一個物體首先要從他的結(jié)結(jié)構(gòu)入手，大家可以仔細觀察一下這個模型，它的結(jié)構(gòu)有什什么特點呢？

（教師提問，學生回答，引導學生）繩相對于單擺的直徑很長，小球的體積小，密度大（向?qū)W生強調(diào)“相對”的思想）（3）單擺運動特征的探究

1，通過觀察初步判斷單擺的運動特點：

我們剛才了解了單擺模型的結(jié)構(gòu)特征，那么當這個單擺運動起來之后會怎樣呢？（老師演示單擺的擺動）提問它的運動軌跡是怎樣的。

學生可能答（圓?。┙處熇^續(xù)問還有什么特征，學生可能答：來回擺動

教師總結(jié)：單擺軌跡是圓弧，也就是說他是圓周運動的一部分，小球在一個位置附近擺來擺去，符合機械振動的運動特征，因此我們可以首先判斷單擺做的是圓周運動和機械振動。2，通過受力分析來探究單擺的運動特點

單靠觀察是遠遠不夠用的，我們說過物體的運動都是由力決定的，因此我們有必要對單擺的受力進行分析,我們以小球為研究對象，選取它偏離平衡位置的一個時刻，此時擺球受重力G，拉力T作用，現(xiàn)在我們就要對力進行分解: 由于擺球沿圓弧運動，它必定會有一個分力提供向心力，因此我們沿繩向○分解，此外，我們通過觀察知道單擺做機械振動必然有一個恢復(fù)力，因此我們還要向平衡位置方向分解。

(然后老師引導學生繼續(xù)做受力分析)得出Ｇ1＝Ｇsinθ＝mgsinθ； Ｇ2＝Gcosθ＝mgcosθ，正是沿運動方向的合力Ｇ1＝mgsinθ提供了擺球擺動的回復(fù)力，在擺角很小時，sinθ＝θ 又回復(fù)力Ｆ＝mgsinθ Ｆ＝mg·（ｘ表示擺球偏離平衡位置的位移，ｌ表示單擺的擺長）

在擺角θ很小時，回復(fù)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，單擺做簡諧運動.我們規(guī)定這個臨界角為5°。

到此，我們得到結(jié)論，當單擺的擺角很小時，單擺做簡諧運動。

（三）課堂小結(jié)

在課堂的開始，我們對生活中的一些物體的運動進行了觀察，為了探尋他們的規(guī)律，我們將其簡化，得出了一個物理模型單擺，通過對單擺運動規(guī)律的探究，我們知道了單擺在擺角很小的時候在做簡諧運動。這個過程概括起來就是觀察生活中的物理現(xiàn)象到抽象建模，再到物理模型研究最后得出結(jié)論，這個其實就是物理學科中研究物體運動的一般方法，在今后的物理學習中大家還會遇到。

第五篇：單擺精品教案

單擺

一、教學目標

1．在物理知識方面的要求：

(1)理解單擺振動的特點及它做簡諧運動的條件；(2)掌握單擺振動的周期公式。

2．觀察演示實驗，概括出周期的影響因素，培養(yǎng)學生由實驗現(xiàn)象得出物理結(jié)論的能力。

3．在做演示實驗之前，可先提出疑問，引起學生對實驗的興趣，讓學生先猜想實驗結(jié)果，由教師實驗驗證，使學生能更好的有目的去觀察實驗。

二、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：對于重點內(nèi)容通過課堂鞏固練習加深印象。本課難點在于力的分析上，由教師畫好受力分析圖，用彩粉筆標示，同時引導學生看書，這部分內(nèi)容屬于A類要求及了解內(nèi)容，只要使大部分學生能明白基本過程即可，重在強調(diào)最后結(jié)論。

三、教具

1．演示單擺振動周期的影響因素

三個單擺：兩個擺長相同，質(zhì)量不同；兩個擺長不同。2．投影儀，投影片。(內(nèi)容見附錄)

四、主要教學過程(一)引入新課

提問：什么是簡諧運動？

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。前節(jié)課我們學習了彈簧振子，了解了簡諧運動和振動周期。日常生活中，我們常常見到鐘表店里擺鐘擺錘的振動(教師展示擺鐘鐘擺的振動)，這種振動有什么特點呢？它是根據(jù)什么原理制成的？鐘擺類似于物理上的一種理想模型——單擺。我們就來分析一下單擺來解決以上的問題。

(二)教學過程設(shè)計

(教師拿出單擺展示，同時介紹單擺構(gòu)成)這就是單擺，一根繩子上端固定，下端系著一個球。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)小角度地擺動。所以，實際的單擺要求繩子輕而長，小球要小而重，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。我們這一章研究的是機械振動，而單擺振動也屬于機械振動，單擺振動也是在某一平衡位置附近來回振動，這個平衡位置，就是繩子處于豎直的位置。

我們在學習機械振動時，曾經(jīng)提到過機械振動的兩個必要條件，一是運動中物體所受阻力要足夠小；二是物體離開平衡位置后，總是受到回復(fù)力的作用。對于第一個條件單擺是符合的，單擺繩要輕而長，球要小而重都是為了減少阻力；第二個條件說到回復(fù)力。

提問：單擺的回復(fù)力又由誰來提供？

答：單擺的回復(fù)力由繩的拉力和重力的合力來提供。(教師對答案先不否定，通過對學生的提問，教師把受力圖畫在黑板上。)

1．單擺的回復(fù)力

要分析單擺回復(fù)力，先從單擺受力入手。單擺從A位置釋放，沿AOB圓弧在平衡點O附近來回運動，以任一位置C為例，此時擺球受重力G，拉力T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，懸線拉力T和G2合力必然沿半徑指向圓心，提供了向心力。那么另一重力分力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。(此處可以再復(fù)習近平衡位置與回復(fù)力的關(guān)系：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?；貜?fù)力怎么表示？由單擺的回復(fù)力的表達式能否看出單擺的振動是簡諧運動？書上已給出了具體的推導過程，其中用到了兩個近似：(1)sinα≈α；(2)在小角度下AO直線與AO弧線近似相等。這兩個近似成立的條件是擺角很小，α＜5°。(見附表，打印在投影片上。)由投影片我們可知α在5°之內(nèi)，并且以弧度為角度單位，sinα≈α。

在分析了推導過程后，給出結(jié)論：α＜5°的情況下，單擺的回復(fù)力為

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，為簡諧運動。所以，當α＜5°時，單擺振動是一種簡諧運動。

2．單擺振動是簡諧運動

特征：回復(fù)力大小與位移大小成正比，方向與位移方向相反。

但這個回復(fù)力的得到并不是無條件的，一定是在擺角α＜5°時，單擺振動回復(fù)力才具有這個特征。這也就是單擺振動是簡諧運動的條件。

條件：擺角α＜5°。

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，從回復(fù)力上說，雖然都具有同一特征，卻由不同的力來提供。彈簧振子回復(fù)力由合力提供，而單擺則是由重力的一個分力來提供回復(fù)力。這是回復(fù)力不同，那么其他方面，還有沒有不同呢？我們在學習彈簧振子做簡諧運動時，還提到過彈簧振子系統(tǒng)周期與振幅無關(guān)，那么單擺的周期和振幅有沒有關(guān)系呢？下面我們做個實驗來看一看。

3．單擺的周期

要研究周期和振幅有沒有關(guān)系，其他條件就應(yīng)不變。這里有兩個單擺(展示單擺)，擺長相同，擺球質(zhì)量不同，這會不會影響實驗結(jié)果呢？也就是單擺的周期和擺球的質(zhì)量有沒有關(guān)？那么就先來看一下質(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。

現(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。

那么就可以用這兩個單擺去研究周期和振幅的關(guān)系了，在做之前還要明確一點，振幅是不是可任意取？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5°。

[演示2] 擺角小于 5°的情況下，把兩個擺球從不同高度釋放?，F(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，證實了單擺振動周期和擺球質(zhì)量、振幅無關(guān)，那么周期和什么有關(guān)？由前所說這兩個擺擺長相等，如果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α＜5°?，F(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？經(jīng)過一系列的理論推導和證明得到：

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，即滿足擺角α＜5°。

條件：擺角α＜5°

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。

提問：由以上演示實驗和周期公式，我們可知道周期與哪些因素有關(guān)，與哪些因素無關(guān)？

答：周期與擺長和重力加速度有關(guān)，而與振幅和質(zhì)量無關(guān)。

單擺周期的這種與振幅無關(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)單擺等時性的小故事。)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，據(jù)說這種等時性最早是由伽利略從教堂的燈的擺動發(fā)現(xiàn)的。如果條件改變了，比如說(拿出擺鐘展示)這個鐘走得慢了，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。

4．課堂練習(見投影片)[題目]甲乙兩個單擺，甲的擺長是乙擺長的4倍，乙擺球質(zhì)量是甲球質(zhì)量的2倍。在甲振動5次的時間內(nèi)，乙擺球振動______次。

分析：此題考查的是周期的影響因素。已知擺長和質(zhì)量比例關(guān)系，但由周期公式和前面所做演示實驗可知，周期與質(zhì)量無關(guān)，甲的擺長是乙的擺長的4倍，那么甲的周期就是乙的周期的2倍，頻率是1/2，所以甲振動5次，同時乙振動10次。

(三)課堂小結(jié)

本節(jié)課主要講了單擺振動的規(guī)律，只有在小角度時單擺振動才能近

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。