《单摆》教学设计.doc

单摆教学设计 合肥13中学 潘国忠教学目标：1、知识目标（1）知道什么是单摆（2）理解单摆振动的回复力来源及做简谐运动的条件来源:学*科*网（3）知道单摆的周期和什么有关，掌握单摆振动的周期公式，并能用公式解题2、能力目标观察演示实验，概括出影响周期的因素，培养由实验现象得出物理结论的能教学重点、难点分析：本课重点在于掌握好单摆的周期公式及其成立条件本课难点在于单摆回复力的分析教学器具： 两个单摆（摆长相同，质量不同）铁架台、针筒教学方法：实验法，控制变量法等教学过程：【新课引入】在前面我们学习了弹簧振子，知道弹簧振子做简谐运动。那么：物体做简谐运动的条件是什么？答：物体做机械振动，受到的回复力大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反。【创设情景】通过弹簧振子的学习，了解了简谐运动的特点。日常生活中，我们常常见到钟表店里摆钟摆锤的振动，这种振动有什么特点呢？它是根据什么原理制成的？钟摆类似于物理上的一种理想模型单摆。我们就来分析一下单摆来解决以上的问题。【建构新知】一、单摆概念：阅读课本第13页，思考1：什么是单摆？学生活动，讨论得出结论。（一根细线上端固定，下端系着一个小球，如果悬挂小球的细线的伸长和质量可以忽略，细线的长度又比小球的直径大得多，这样的装置就叫单摆。）强调1：实验时，质量大、体积小（密度大）的球和尽量细的线通过习题（略），师生交流。二、探究：单摆的运动规律1、从运动角度分析 演示实验作振动图像，师生共同参与。结论：图像近似满足正弦规律，说明这种运动可能是简谐运动2、从力的角度分析物理上的单摆，是在一个固定的悬点下，用一根不可伸长的细绳，系住一个一定质量的质点，在竖直平面内摆动。所以，实际的单摆要求绳子轻而长，摆球要小而重。摆长指的是从悬点到摆球重心的距离。将摆球拉到某一高度由静止释放，单摆振动类似于钟摆振动。摆球静止时所处的位置就是单摆的平衡位置。物体做机械振动，必然受到回复力的作用，弹簧振子的回复力由弹簧弹力提供，单摆同样做机械振动，思考2：单摆的回复力由谁来提供，如何表示？1）平衡位置 当摆球静止在平衡位置O点时，细线竖直下垂，摆球所受重力G和悬线的拉力F平衡，O点就是摆球的平衡位置。图2）回复力单摆的回复力F回=G1=mg sin，单摆的振动是不是简谐运动呢？来源:单摆受到的回复力F回=mg sin，如图：虽然随着单摆位移X增大，sin也增大，但是回复力F的大小并不是和位移成正比，单摆的振动不是简谐运动。但是，在值较小的情况下（一般取10），在误差允许的范围内可以近似的认为sin=，玄长X与弧长相等，几何关系=X/ L，近似的有F= mg sin= ( mg /L )x = k x（k=mg/L）。又回复力的方向始终指向O点，与位移方向相反，满足简谐运动的条件，即物体在大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反的回复力作用下的振动，有：F = - ( mg / L )x = - k x（k=mg/L） 结论：当10时，单摆振动是简谐运动。 思考：小球在平衡位置时，单摆所受回复力是否为0，合外力又是否为0？单摆此时做的是圆周运动，做圆周运动的物体受向心力，单摆也不能例外，也受到向心力的作用（引导学生思考，单摆作圆周运动的向心力从何而来？）。在平衡位置，摆球受绳的拉力F和重力G的作用，绳的拉力大于重力G，它们的合力充当向心力。注意：单摆经过平衡位置时，受到的回复力为0 ，但是所受的合外力不为0。运用所学知识解决相关问题（师生交流讨论） 习题（略）三、单摆的周期我们知道做机械振动的物体都有振动周期，请思考：单摆的周期可能受哪些因素的影响呢？学生通过思考猜想：可能和摆球质量、振幅、摆长有关。下面我们用实验定性的分析来证实我们的猜想。采用方法：控制变量法。首先，我们研究摆球的质量对单摆周期的影响：那么就先来看一下摆球质量不同，摆长和振幅相同，单摆振动周期是不是相同。演示1将摆长相同，质量不同的摆球拉到同一高度释放。现象：两摆球摆动是同步的，即说明单摆的周期与摆球质量无关，不会受影响。这个实验主要是为研究属于简谐运动的单摆振动的周期，所以摆角不要超过10。（多媒体演示）接下来看一下振幅对周期的影响。来源:Zxxk.Com演示2摆角小于10的情况下，把两个摆球从不同高度释放。（由一名学生来完成实验验证，教师加以指导）现象：摆球同步振动，说明单摆振动的周期和振幅无关。（多媒体演示）刚才做过的两个演示实验，证实了如果两个摆摆长相等，单摆振动周期和摆球质量、振幅无关。如果摆长L不等，改变了这个条件会不会影响周期？演示3取摆长不同，两个摆球从某一高度同时释放，注意要10。（由一名学生来完成实验验证，教师加以指导）现象：两摆振动不同步，而且摆长越长，振动就越慢。这说明单摆振动和摆长有关。 （多媒体演示）结论：单摆的周期与单摆的振幅、质量无关，与单摆的摆长有关有什么定量关系呢？荷兰物理学惠更斯研究了单摆的振动，在大量可靠的实验基础上，经过一系列的理论推导和证明得到：单摆的周期和摆长l的平方根成正比，和重力加速度g的平方根成反比。周期公式： 条件：摆角10习题（略）检验同学们掌握情况。四、单摆周期的应用1、计时器（利用单摆的等时性）2、测定重力加速度 （学生自主推导）课堂小结：1.单摆：理想化的物理模型在细线的一端拴上一个小球，另一端固定在悬点上，如果线的伸缩和质量可以忽略不计，摆线长比小球直径大得多，这样的装置叫单摆2.单摆做简谐的条件：在摆角很小的情况下( 10 )，单摆所受回复力跟位移成正比且方向相反，单摆做简谐运动3.单摆的周期公式：单摆做简谐运动的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，跟振幅、摆球的质量无关单摆的周