資源簡介

單擺 教學設計
課 題 單擺
課時安排 1節課 課前準備
教材內容 分 析 知識地位：單擺是高中物理中的重點內容，是機械振動的一個特例。對單擺的研究有助于解決實際問題，如調準鐘擺等。在教材中，單擺通常安排在簡諧運動、振幅、周期、頻率和簡諧運動圖像等知識點之后，符合學生的認知規律。 教學目標：通過學習單擺，學生應能理解單擺振動的特點及做簡諧振動的條件，掌握單擺的振動周期。同時，培養學生的實驗觀察能力、分析歸納能力以及用控制變量法研究物理問題的能力。 教學內容：單擺的組成、單擺回復力的形成、單擺的周期及單擺的等時性等知識點是本節內容的重要組成部分。其中，單擺的周期是教學的重點和難點。通過探究單擺的周期，可以使學生領悟用“控制變量”方法來研究物理問題。
設計理念 以學生發展為本：教學設計應注重學生的主體地位，關注學生的發展需求，激發學生的學習興趣和積極性，促進學生主動學習。 突出實驗性：單擺作為一個實驗性很強的物理模型，教學設計應注重實驗教學，盡可能多地讓學生動手操作，親身體驗單擺的運動規律和特點，培養學生的實踐能力和科學探究精神。 倡導探究性學習：教學設計應倡導探究性學習，創設問題情境，引導學生發現問題、提出問題、解決問題，培養學生的創新思維和解決問題的能力。 整合多種教學資源：教學設計應整合多種教學資源，包括教材、實驗器材、多媒體課件等，豐富教學內容和方式，提高教學效果和質量。
學情分析 1. 學生的知識儲備：在學習單擺之前，學生已經學習了簡諧運動、振幅、周期、頻率等知識點。這些知識為學習單擺奠定了基礎。同時，學生還應該具備基本的數學知識和實驗操作能力，以便更好地理解單擺的周期公式和實驗操作。 2. 學生的實驗能力：在學習單擺時，學生需要進行實驗探究。學生應該具備基本的實驗操作能力和觀察能力，能夠正確使用實驗器材，記錄數據，分析歸納實驗結果。此外，學生還需要掌握控制變量法等科學探究方法，以便更好地探究單擺的周期與什么因素有關。 3. 學生的學習態度：學生對單擺的學習態度應該積極向上，認真聽講，積極參與課堂討論和實驗探究。同時，學生還需要具備自主學習的能力和習慣，以便在課后自主復習和鞏固所學知識。 4. 學生的認知規律：在學習單擺時，學生應該遵循從感性認識到理性認識的認知規律。首先通過觀察單擺的振動和實驗數據，了解單擺的周期與什么因素有關；然后通過分析和歸納，理解單擺的振動特點和做簡諧振動的條件；最后運用所學知識解決實際問題。 5. 學生的個體差異：學生的學習能力和認知水平存在差異，因此在學習單擺時表現出不同的學習效果。教師需要關注學生的個體差異，采用分層教學、個性化輔導等方式，幫助每個學生達到最佳的學習效果。
教學目標 一、知識與技能 1．知道什么是單擺。 2．理解擺角很小時單擺的振動是簡諧運動。 3．知道單擺的周期跟什么因素有關，了解單擺的周期公式，并能用來進行有關的計算。 二、過程與方法 1．通過單擺的教學，知道單擺是一種理想化的系統，學會用理想化的方法建立物理模型。 2．通過單擺做簡諧運動條件的教學，體會用近似處理方法來解決物理問題。 3．通過研究單擺的周期，掌握用控制變量的方法來研究物理問題。 4．培養學生的觀察實驗能力、思維能力。 三、情感態度價值觀 單擺在小角度情況下做簡諧運動，它既有簡諧運動的共性，又有其特殊性，理解共性和個性的概念。
教學重難點 【教學重點】 1．了解單擺的構成。 2．知道單擺的回復力的形成。 3．單擺的周期公式。 【教學難點】 1．單擺做簡諧運動的條件——擺角小于或等于5°時的振動。 2．單擺振動的回復力是由什么力提供的。 3．單擺振動的周期與什么有關。
教學過程
教學環節（一） 師生活動 1．用投影片出示下列問題： ①什么樣的運動叫簡諧運動？ 答：物體在跟偏離平衡位置的位移大小成正比，并且總指向平衡位置的回復力作用下的振動，叫簡諧運動。 ②簡諧運動的位移——時間圖像具有什么特點？ 答：所有簡諧運動的位移時間圖像都是正弦或余弦曲線。 ③什么是簡諧運動的周期？ 答：做簡諧運動的物體完成一次全振動所用的時間，叫做振動的周期。 2．引入： ①講述故事 1862年，18歲的伽利略離開神學院進入比薩大學學習醫學，他的中充滿著奇妙的幻想和對自然科學的無窮疑問，一次他在比薩大學忘掉了向上帝祈禱，雙眼注視著天花板上懸垂下來搖擺不定的掛燈，右手按著左手的脈搏，口中默默地數著數字，在一般人熟視無睹的現象中，他卻第一個明白了掛燈每擺動一次的時間是相等的，于是制作了單擺的模型，潛心研究了單擺的運動規律，給人類奉獻了最初的能準確計時的儀器。 ②引入新課：本節課我們就來學習這一理想化模型——單擺
設計意圖 復習簡諧運動概念，加強學生的知識點回憶，為單擺做鋪墊。
教學環節（二） 師生活動 1．什么是單擺 （1）學生閱讀課文有關內容。 （2）學生回答什么是單擺。 如果懸掛小球的細線的伸縮和質量可以忽略，線長又比球的直徑大得多，這樣的裝置叫單擺。 （3）激勵評價（回答得很好）并提出問題：為什么對單擺有上述限制要求呢？ （4）講解： ①線的伸縮和質量可以忽略——使擺線有一定的長度而無質量，質量全部集中在擺球上。 ②線長比球的直徑大得多，可把擺球當作一個質點，只有質量無大小，懸線的長度就是擺長。 （5）總結：通過上述學習，我們知道單擺是實際擺的理想化的物理模型。 2．單擺的擺動 （1）介紹單擺的平衡位置。 ①出示一個單擺。 ②分析：當擺球靜止在O點時，擺球受到哪些力的作用？這些力有什么關系？ ③抽學生回答：擺球受到重力G和懸線的拉力作用，這二個力是平衡的。 ④教師強調總結：當擺球靜止于O點時，擺球受到的重力G和懸線的拉力Ｆ’彼此平衡，O點就是單擺的平衡位置。 （2）單擺的擺動 ①演示：用力將擺球拉離平衡位置，使擺線與豎直方向成一角度，然后釋放，并用CAI課件模擬。 ②提問：同學們認為擺球做什么運動？ ③學生可能答：以懸掛點為圓心在豎直平面內做圓弧運動。 學生還可能答：擺球以平衡位置O為中心振動。 ④教師總結，擺球沿著以平衡位置O為中點的一段圓弧做往復運動，這就是單擺的振動。 ⑤問：是什么原因導致擺球以平衡位置O為中點的一段圓弧做往復運動呢？ 用CAI課件模擬擺球所做的運動。 分析：（如圖甲） 擺球被拉到位置a時，擺球受到重力mg，繩的拉力F’，且mg與拉力F’不再平衡，所以擺球在這兩個力的共同作用下，將沿以O為中點的一段圓弧做往復運動。 3．關于單擺的回復力 ①老師說明：在研究擺球沿圓弧的運動情況時，要以不考慮與擺球運動方向垂直的力，而只考慮沿擺球運動方向的力，如圖乙所示。 ②因為F’垂直于v，所以，我們可將重力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說明：正是沿運動方向的合力G1＝mgsinθ提供了擺球擺動的回復力。 5．關于單擺做簡諧運動的條件 ①推導：在擺角很小時， 又回復力F＝mgsinθ，所以F＝mg（x表示擺球偏離平衡位置的位移，表示單擺的擺長） （注意：的得出教師應該利用上圖進行具體的推導，以便學生理解。） ②師生分析得到：在擺角θ很小時，回復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。 ④教師講：我們知道簡諧運動的圖像是正弦（或余弦曲線），那么在擺角很小的情況下，既然單擺做的是簡諧運動，它振動的圖像也是正弦或余弦曲線。 ⑤做沙擺實驗，并用實物投影儀投影——漏斗的漏砂落到勻速拉動的硬紙板上形成的圖像是簡諧運動的圖像。 ⑥總結：從理論上和實際得到的圖像中均可看出：在擺角很小的情況下，單擺做簡諧運動。
設計意圖 設計在該環節的技術應用合理。同樣需要考慮到技術應用能滿足教學、能創新教學環節、能符合學生學情等一些列問題。
教學環節 （三） 師生活動 3．單擺振動的周期 （1）提出問題：決定單擺振動的周期的因素有哪些？ （2）學生進行猜想 單擺振動的周期可能與振幅、擺球質量、擺長、重力加速度及空氣阻力有關。 （3）教師說明：在擺角很小時，空氣阻力較小，可以忽略。 （4）學生分組做對比實驗 ①對比實驗 甲組：當擺長為1m時，使振幅A1＝8cm，測出單擺的周期T1。 乙組：當擺長為1m時，使振幅A2＝5cm，測出單擺的周期T2。 ②對比實驗 甲組：當擺長為1m時，使擺球質量為m，測出單擺的周期T2。 乙組，當擺長為1m時，用橡皮泥均勻地粘在擺球周圍，測出單擺的周期T2’。 ③對比實驗 甲組：當擺長為1m時，使用一定的質量的擺球，測出單擺的周期T3。 乙組：當擺長為0.64m時，使用和甲組質量相同的擺球，測出單擺的周期T3’。 ④對比實驗 甲組：單擺的擺球用鐵球（質量為m）；測出單擺的周期T4。 乙組：在甲組單擺擺球的平衡位置下方放一塊磁鐵（相當于重力加速度增大）測出單擺的周期T4’。 ⑤各組對實驗結果分析比較后，總結得到：單擺擺動的周期與單擺的振幅無關，與單擺的擺長、重力加速度有關。 ⑥教師講： 荷蘭物理學家惠更斯研究了單擺的擺動，定量得到：單擺的周期，即單擺振動時具有如下規律： a.單擺的振動周期與振幅的大小無關——單擺的等時性。 b.單擺的振動周期與擺球的質量無關。 c.單擺的振動周期與擺長的平方根成正比。 d.單擺的振動周期與重力加速度的平方根成反比。
板書設計 單擺 回復力 實驗探究
課件設計
教學反思 教學內容的掌握情況：反思學生對單擺相關概念和原理的掌握情況，是否能夠理解單擺的周期公式、單擺的擺動規律等重點內容，以及是否能夠運用所學知識解決實際問題。 教學方法的有效性：評估所采用的教學方法是否有效，是否能夠激發學生的學習興趣和積極性，促進學生的主動學習。同時，也要思考如何改進教學方法，提高教學效果。 實驗教學的效果：反思實驗教學的效果，包括實驗設計、實驗操作、實驗結果分析等方面。評估學生在實驗中的表現和收獲，以及實驗對于學生理解單擺原理的作用。 學生的參與度與反饋：關注學生在課堂上的參與度，思考如何提高學生的參與度和互動性。同時，也要重視學生的反饋意見，了解學生對教學的滿意度和建議，以便進一步完善教學。 教學目標的達成情況：評估教學目標的達成情況，思考是否達到了預期的教學目標，如提高學生的物理學科素養、培養學生的實驗能力和科學探究精神等。 課程資源的利用情況：反思對課程資源的利用情況，包括教材、實驗器材、多媒體課件等。評估課程資源的充足性和有效性，思考如何進一步優化課程資源的配置和使用。 自身的教學成長：作為教師，也要關注自身的教學成長和進步。反思教學中存在的不足和問題，尋求改進和提升的方法，提高自己的教學水平和專業素養。 通過以上方面的反思和總結，可以不斷優化單擺教學，提高教學效果和質量，更好地培養學生的物理學科素養和思維能力。同時，也有助于自身的專業成長和發展。

展開更多......

收起↑