物理选修34 单摆导学案

【课题】    单摆                           编号_________________________

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。

4、知道用单摆可测定重力加速度。

（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。

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、知道单摆的周期公式。

教学方法：               

分析归纳法、讲授法、推理法、实验验证法 。

教学用具：               

投影仪、投影片、纸漏斗、细线、硬纸板、支架、沙子、单摆、秒表、米尺、条形磁铁、多媒体教学设备。

教学过程：              

（一）引入新课

（1）讲述故事（提前随即安排学生做好准备时间1分钟）

1862年，18岁的伽利略离开神学院进入比萨大学学习医学，他的心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

（三）新课教学

1、什么是单摆

（1）学生自学阅读课文有关内容.

（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）激励评价并提出问题：为什么对单摆有上述限制要求呢?

（4）教师讲解：

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.（教师引导从前学过的物理模型引申为物理研究的一种科学方法）

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.

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?

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，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＝Gcosθ＝mgcosθ

（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＝

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

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。

③教师讲：我们知道简谐运动的图象是正弦(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，它振动的图象也是正弦或余弦曲线。

⑤总结：从理论上和实际得到的图象中均可看出：在摆角很小的情况下，单摆做简谐运动。

4、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。

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，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.

（四）课堂小结

通过本节课学习，我们知道：

1、单摆是一种理想化的振动模型，单摆振动的回复力是由摆球重力沿圆弧切线方向的分力mgsinθ提供的。

2、在摆角小于５°时，回复力Ｆ＝－ｘ.单摆的振动可看成简谐运动。

3、单摆的振动周期跟振幅、摆球质量的大小无关，跟摆长的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比，即。

（五）布置作业

问题与练习1、2、3、4