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浅谈“单摆”多媒体教学设计 樊建军【教 材】全日制普通高级中学（试验修订本必修）新教材高一年级物理第一册第九章第四节【教材分析及新旧教材的对比】 单摆是机械振动中的一个重要内容，也是利用单摆测定当地重力加速度的学生实验会考之一。本节教材的重点是让学生通过实验来验证单摆的周期与哪些因素有关？比较新、旧教材，新教材作了如下改进：新教材把单摆放在简谐运动的图象后面讲授，在学生借助图象对简谐运动有了一定程度的了解后，再将受力的运动情况较为复杂的单摆作为简谐运动的一个特例来研究，这样更有利于学生学习；新教材将演示实验更醒目地列出，单独设立板块，更突出实验在物理课堂教学中的地位和作用；新教材中增加了“单摆在摆角很小的情况下，做简谐运动”的研究和处理方法，教给了学生看书寻求物理规律的方法，更注重了学法指导，笔者认为新教材的上述改进，其宗旨是想让学生在教师的引导下，主动地获取知识，主动地应用学到的新知识解决实际问题，既有利于调动学生的积极性，又有利于使学生获得成就感，饱尝成功的喜悦，培养学生学习物理的兴趣。 为此笔者在“单摆”这一节中，根据新教材设计了配套的“单摆”课件，这个课件以新型的“自学+点拔（启发）”式的电教课堂教学模式，这种课堂教学模式以学生自学为主，在学生学习的教程中，教师进行启发教育，点拔学生掌握从资源中获取信息、分析信息、处理信息的方法；学生从被动接受知识转变为主动参与、发现、探索和建构知识；课堂教学也由单调的传授书本知识转变为对学生进行能力训练和情操陶冶的师生双边活动。教师是学生自主学习的帮助者、促进者，不再是知识的传授者和灌输者，教师为学生提供生动活泼、内容丰富、信息量大、具有交互功能的学习资源课件，让学生独立自主地学习，通过人机对话，边学、边思、边悟，以求得到问题的解决，这种新型的教学模式，有利于学生的个性发展，有利于分层次教学，有利于学生创新意识和创新能力的培养。【教学目标】认识单摆理解摆角很小时，单摆的振动是简谐运动知道影响单摆周期的因素，了解单摆的周期公式，并能用公式进行有关的计算通过控制变量法和比较法探索发现单摆振动周期规律，培养观察与分析能力【教学重点】单摆的振动规律单摆的周期公式【教学难点】单摆在摆角很小时的振动是简谐振动单摆的回复力是由什么力提供？单摆振动的周期与摆球质量、振动幅度无关【教具】单摆组合，漏斗，沙子，支架硬纸板，多媒体投影仪，秒表【教学设想】l 教学方法启发式教学 即采用在教师引导下，以探索为中心的启发式综合教学，充分体现以学生为主体，教师为主导的教学原则。演示实验法 由教师演示，学生注意观察，注重培养学生的观察能力。学生分组实验法 重要的是学生自己通过实验探索，直观对比，学会把观察到的物理现象与它内在的规律相联系，从而逐步掌握物理学的研究方法，来培养学生的抽象思维、逻辑思维、观察能力及动手能力。l 多媒体制作本课件用Authorware制作，其流程如下图示：模块1引入新课内容：利用伽利略发明单摆及发现单摆的等时性这个故事引入新课。模块2新课教学本课件的精华处就在新课教学中，此模块的流程是：而本课件动画则在层3的周期模块中，单摆的动画显示则是用函数来实现的（见单摆课件的源程序）。层3周期的模块的流程如下：模块3例题讲解在这一模块中所列的两个例题具有点型性，有利于学生巩固这一节所学到的知识。模块4课堂小结内容：对这一节所学的知识作一总结。模块5退出应用一个函数quit(0)来控制此模块。【教学过程】l 引入新课1862年，18岁的伽利略离开了神学院进入比萨大学学习医学，心中充满着奇妙的幻想和对自然现象无穷的疑问，一次他在比萨大学教堂忘掉了向上帝的祈祷，双眼却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（周期）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。l 新课教学一.单摆的定义用课件给出单摆的模型，让学生归纳出单摆的定义。教师肯定后，屏幕显示：什么是单摆？在细线的一端拴着一个小球，另一端固定在悬点上，如果悬挂小球的细线的伸缩和质量可以忽略不计，线长又比球的直径大得多，这种装置叫做单摆，单摆是实际的理想化模型出示各种摆动模型，如图示，并摆动起来（并用课件显示）提问：以下摆动模型是不是单摆，为什么？二.分析单摆的运动特点用课件演示单摆的摆动情况提问：摆球做的是什么运动？以悬点C为圆心在竖直平面内做圆周运动.以平衡位置为中心做.机械振动(让学生回忆机械振动的特点) 提问：摆球在运动到P点受几个力？ 提问：摆球做机械振动的回复力是由什么力提供的？ 在教师的启发下，让学生讨论得出结论：摆球的回复力是重力沿切线方向的分力F提供的。提问：单摆振动是否是简谐运动呢？先请同学们回忆下简谐运动的特点：物体所受的回复力与位移大小成正比，并且指向平衡位置。表达式为：F=KX 试证：在偏角很小的情况下，单摆做简谐运动。（用展示平台展示下表）正弦值弧度值10.017540.0174520.034900.0349130.052340.0523640.069760.0698150.087160.0872760.104530.1047270.121870.1221780.139170.13963证明:在摆角很小的情况下，的值近似看作等于用的弧度表示的值，而值可以通过弧与半径之比求得，这时圆弧可近似看成直线，则有就是摆球偏离平衡位置的位移，和都是恒定值，可用常数来表示，可见在摆角很小时，单摆振动的回复力与位移大小成正比，摆球在任意点时位移方向与回复力方向相反，我们就可以用负号表示，上式可写成：结论：摆角很小（小于10）时,单摆的振动为简谐运动三单摆振动图象上节课我们已知道简谐振动图象都是正弦或余弦曲线，那么单摆的振动图象又如何呢？请同学们做实验，并用课件演示给学生看【演示】把漏斗吊在支架上，下方放一块硬纸板，在漏斗里装满细沙，让漏斗摆到，同时沿着跟摆动方向垂直的方向匀速拉动硬纸板因为每一时刻都从漏斗漏出细沙，所以落在硬纸板上的细沙记录各个时刻摆球的位置，显示出一条曲线从实验中可以观察到单摆振动曲线也是一条正弦和余弦曲线，可以说明单摆是做简谐运动四单摆的周期我们已经学过了用周期来表示振动的快慢，那么单摆的振动的周期和什么因素有关呢？请同学观察一下单摆的摆动猜测影响单摆振动的因素是什么？学生猜想：影响单摆的周期因素有振幅、摆长、重力加速度以及空气阻力由于单摆在小角度摆动，空气阻力较小，可以忽略怎样研究周期与摆长、质量、振幅关系呢？请同学们回忆一下我们研究加速度与物体质量及外力关系的方法（控制变量变量法）我们研究周期与其中某量关系时，也可以用控制变量法，那么实验如何操作呢（让学生讨论）？如果不用秒表测时间，我们还可以通过什么方法来定性研究振动周期是否与某一因素有关呢？（比较法）提问：要研究周期与振幅是否有关比较法实验如何操作？提问：要研究周期是否与摆球的质量有关，比较法实验如何操作？提问：研究周期是否与摆长有关，比较法如何操作？提问：研究单摆与重力加速度是否有关，实验又如何操作？（教师启发、点拨学生回答）组织学生分组实验，一半学生采用控制变量法，另一半学生采用比较法实验探索：研究周期与振幅的关系研究周期与摆球质量的关系研究周期与摆长的关系研究周期与重力加速度的关系实验注意事项：实验时必须保证摆角要小；不能让单摆做圆锥摆，必须在同一竖直平面内摆动；比较法比较至次全振动不确定周期与其它物理量的关系学生分组实验结束后，用课件直观地、清晰地演示给学生看。结论：影响单摆振动周期的因素：单摆振动周期与振幅无关等时性单摆振动周期与摆球的质量无关单摆振动周期与摆长有关，摆长越长、周期越大单摆振动周期与重力加速度有关，重力加速度越大，周期越小荷兰物理学家惠更斯研究了单摆的振动现象，发现单摆的振动周期跟摆长的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比，并且确定如下的单摆周期公式单摆周期公式：单摆周期公式应用：钟摆的制作原理是根据单摆的等时性用单摆可准确测定各地的重力加速度 l 巩固练习1一个秒摆周期为2s，在下列情况中，周期有无变化？如有变化，变为多少？A摆长减为原长的 B摆球的质量减为原来的C振幅减为原来的 D重力加速度减为原来的2有一个单摆，若将它的摆长增加2，它的周期变为原来的两倍，求单摆原来的摆长3有一单摆其摆长L=1.02m，摆球的质量m=0.1kg，已知单摆做简谐运动，单摆振动30次，用的时间是60.8s，试求当地的重力加速度为多大？l 课堂小结一改以往教师亲自小结的作法，教师采用如下一些想法来小结：本堂课你学到了什么？本堂课你的收获是什么？本堂课你增长了什么知识？【教学评价】本节课用多媒体辅助教学，节奏紧凑，将