物理选择性必修 第一册4 单摆一等奖教学设计及反思

这是一份物理选择性必修 第一册4 单摆一等奖教学设计及反思，共5页。教案主要包含了教学目标，教学重点，教学难点，教学过程，练习检测等内容，欢迎下载使用。




【教学目标】


一、知识与技能


1．知道什么是单摆。


2．理解摆角很小时单摆的振动是简谐运动。


3．知道单摆的周期跟什么因素有关，了解单摆的周期公式，并能用来进行有关的计算。


二、过程与方法


1．通过单摆的教学，知道单摆是一种理想化的系统，学会用理想化的方法建立物理模型。


2．通过单摆做简谐运动条件的教学，体会用近似处理方法来解决物理问题。


3．通过研究单摆的周期，掌握用控制变量的方法来研究物理问题。


4．培养学生的观察实验能力、思维能力。


三、情感态度价值观


单摆在小角度情况下做简谐运动，它既有简谐运动的共性，又有其特殊性，理解共性和个性的概念。


【教学重点】


1．了解单摆的构成。


2．知道单摆的回复力的形成。


3．单摆的周期公式。


【教学难点】


1．单摆做简谐运动的条件——摆角小于或等于5°时的振动。


2．单摆振动的回复力是由什么力提供的。


3．单摆振动的周期与什么有关。


【教学过程】


一、复习提问、新课导入


1．用投影片出示下列问题：


①什么样的运动叫简谐运动？


答：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力作用下的振动，叫简谐运动。


②简谐运动的位移——时间图像具有什么特点？


答：所有简谐运动的位移时间图像都是正弦或余弦曲线。


③什么是简谐运动的周期？


答：做简谐运动的物体完成一次全振动所用的时间，叫做振动的周期。


2．引入：


①讲述故事


1862年，18岁的伽利略离开神学院进入比萨大学学习医学，他的中充满着奇妙的幻想和对自然科学的无穷疑问，一次他在比萨大学忘掉了向上帝祈祷，双眼注视着天花板上悬垂下来摇摆不定的挂灯，右手按着左手的脉搏，口中默默地数着数字，在一般人熟视无睹的现象中，他却第一个明白了挂灯每摆动一次的时间是相等的，于是制作了单摆的模型，潜心研究了单摆的运动规律，给人类奉献了最初的能准确计时的仪器。


②引入新课：本节课我们就来学习这一理想化模型——单摆


二、新课教学


（一）简谐运动的回复力


1．什么是单摆


（1）学生阅读课文有关内容。


（2）学生回答什么是单摆。


如果悬挂小球的细线的伸缩和质量可以忽略，线长又比球的直径大得多，这样的装置叫单摆。


（3）激励评价（回答得很好）并提出问题：为什么对单摆有上述限制要求呢？


（4）讲解：


①线的伸缩和质量可以忽略——使摆线有一定的长度而无质量，质量全部集中在摆球上。


②线长比球的直径大得多，可把摆球当作一个质点，只有质量无大小，悬线的长度就是摆长。


（5）总结：通过上述学习，我们知道单摆是实际摆的理想化的物理模型。


2．单摆的摆动


（1）介绍单摆的平衡位置。


①出示一个单摆。


②分析：当摆球静止在O点时，摆球受到哪些力的作用？这些力有什么关系？


③抽学生回答：摆球受到重力G和悬线的拉力作用，这二个力是平衡的。


④教师强调总结：当摆球静止于O点时，摆球受到的重力G和悬线的拉力Ｆ’彼此平衡，O点就是单摆的平衡位置。


（2）单摆的摆动


①演示：用力将摆球拉离平衡位置，使摆线与竖直方向成一角度，然后释放，并用CAI课件模拟。


②提问：同学们认为摆球做什么运动？


③学生可能答：以悬挂点为圆心在竖直平面内做圆弧运动。


学生还可能答：摆球以平衡位置O为中心振动。


④教师总结，摆球沿着以平衡位置O为中点的一段圆弧做往复运动，这就是单摆的振动。


⑤问：是什么原因导致摆球以平衡位置O为中点的一段圆弧做往复运动呢？


用CAI课件模拟摆球所做的运动。


分析：（如图甲）


摆球被拉到位置a时，摆球受到重力mg，绳的拉力F’，且mg与拉力F’不再平衡，所以摆球在这两个力的共同作用下，将沿以O为中点的一段圆弧做往复运动。


3．关于单摆的回复力


①老师说明：在研究摆球沿圆弧的运动情况时，要以不考虑与摆球运动方向垂直的力，而只考虑沿摆球运动方向的力，如图乙所示。


②因为F’垂直于v，所以，我们可将重力G分解到速度v的方向及垂直于v的方向。且G1＝Gsinθ＝mgsinθ；G2＝Gcsθ＝mgcsθ。


③说明：正是沿运动方向的合力G1＝mgsinθ提供了摆球摆动的回复力。


4．关于单摆做简谐运动的条件


①推导：在摆角很小时，sinθ≈x/l


又回复力F＝mgsinθ，所以F＝mg x l（x表示摆球偏离平衡位置的位移，l表示单摆的摆长）


（注意：sinθ≈x/l的得出教师应该利用上图进行具体的推导，以便学生理解。）


②师生分析得到：在摆角θ很小时，回复力的方向与摆球偏离平衡位置的位移方向相反，大小成正比，单摆做简谐运动。


④教师讲：我们知道简谐运动的图像是正弦（或余弦曲线），那么在摆角很小的情况下，既然单摆做的是简谐运动，它振动的图像也是正弦或余弦曲线。


⑤做沙摆实验，并用实物投影仪投影——漏斗的漏砂落到匀速拉动的硬纸板上形成的图像是简谐运动的图像。


⑥总结：从理论上和实际得到的图像中均可看出：在摆角很小的情况下，单摆做简谐运动。


3．单摆振动的周期


（1）提出问题：决定单摆振动的周期的因素有哪些？


（2）学生进行猜想


单摆振动的周期可能与振幅、摆球质量、摆长、重力加速度及空气阻力有关。


（3）教师说明：在摆角很小时，空气阻力较小，可以忽略。


（4）学生分组做对比实验


①对比实验


甲组：当摆长为1m时，使振幅A1＝8cm，测出单摆的周期T1。


乙组：当摆长为1m时，使振幅A2＝5cm，测出单摆的周期T2。


②对比实验


甲组：当摆长为1m时，使摆球质量为m，测出单摆的周期T2。


乙组，当摆长为1m时，用橡皮泥均匀地粘在摆球周围，测出单摆的周期T2’。


③对比实验


甲组：当摆长为1m时，使用一定的质量的摆球，测出单摆的周期T3。


乙组：当摆长为0.64m时，使用和甲组质量相同的摆球，测出单摆的周期T3’。


④对比实验


甲组：单摆的摆球用铁球（质量为m）；测出单摆的周期T4。


乙组：在甲组单摆摆球的平衡位置下方放一块磁铁（相当于重力加速度增大）测出单摆的周期T4’。


⑤各组对实验结果分析比较后，总结得到：单摆摆动的周期与单摆的振幅无关，与单摆的摆长、重力加速度有关。


⑥教师讲：


荷兰物理学家惠更斯研究了单摆的摆动，定量得到：单摆的周期T=2π l g，即单摆振动时具有如下规律：


a.单摆的振动周期与振幅的大小无关——单摆的等时性。


b.单摆的振动周期与摆球的质量无关。


c.单摆的振动周期与摆长的平方根成正比。


d.单摆的振动周期与重力加速度的平方根成反比。


【练习检测】


1．单摆由________和成______组成，保证单摆做简谐运动的关键控制因素是_____。


2．秒摆的周期是______（g＝9.8m/s2）时，秒摆的摆长大约是_______米。（取两位有效数字）


3．一个做简谐运动的单摆，如果将它的摆角变小，下列说法正确的是（ ）


A．振动时的总能量不变


B．振幅不变


C．振动周期不变


D．振子到达平衡位置时的速率不变


4．关于单摆做简谐运动的回复力正确的说法是（ ）


A．就是振子所受的合外力


B．振子所受合外力在振子运动方向的分力


C．振子的重力在运动方向的分力


D．振子经过平衡位置时回复力为零





参考答案：


1．摆线；摆球；摆角不超过10°


2．2秒；0；99


3．C


4．BCD