物理选修3-4人教新课标 11．4单摆教学设计

1、主题单元设计单摆主题单元标题单摆作者姓名所属单位联系地址联系电话电子邮箱邮政编码学科领域 （在内打 表示主属学科，打 + 表示相关学科） 思想品德 音乐 化学 信息技术 劳动与技术 语文 美术 生物 科学 数学 外语 历史 社区服务 体育 物理 地理 社会实践 其他（请列出）：适用年级高二年级所需时间2课时主题单元概述 (简述单元在课程中的地位和作用、单元的组成情况，解释专题的划分和专题之间的关系，主要的学习方式和预期的学习成果，字数300-500)单摆是简谐运动的第二个模型，是简谐运动的这一章的重点，难点，考试的热点。本单元包括单摆的运动性质和单摆运动的周期两个专题。专题一：单摆模型认识单摆

2、是一个理想化模型，由单摆的振动来引入其运动性质的判断，启发引导学生怎样由图象法和理论分析法判断单摆做简谐运动。专题二：由单摆振动快慢引入影响单摆运动周期的因素，引导学生采用“控制变量法”探究影响周期的因素并确定定量关系，进而归纳总结周期公式。由周期公式会求解重力加速度。主题学习目标 (描述该主题学习所要达到的主要目标)知识与技能：1学习单摆模型的构成，理解单摆振动的特点和单摆做简谐运动的条件，能够分析出使单摆做简谐运动的回复力来源2能够对影响单摆周期的因素进行猜想，根据要验证的假设进行实验方案的设计和器材的选取，通过实验来验证猜想，明确单摆的周期与哪些因素有关过程与方法：1通过单摆概念的学习过

3、程，认识到建立物理模型对于物理学习和物理研究的重要性2.通过单摆回复力的判断和单摆运动性质的论证，学会运用所学的知识来处理新问题，学会应用数学工具处理物理问题3.应用科学探究的方法研究单摆的周期与哪些因素有关，在探究的过程中逐渐学会对相关问题进行猜想、设计实验、动手操作实验和收集证据，对实验现象和实验中测出的数据进行分析论证情感态度与价值观：1.能够领略单摆运动的周期与振幅无关这一神奇特性，发展学生对科学知识的好奇心，激发他们的求知欲，通过启发和点拨，使学生乐于探究单摆的等时性，进而更深入地研究周期还与哪些因素有关，在探索规律的过程中，体验成功的喜悦2.在设计实验方案的过程中，发展学生的合作精

4、神和创新精神；在进行实验验证的过程中，增强学生的实事求是的科学态度和科学精神3.在课程学习的过程中，培养学生的自主学习和合作学习的能力；在交流与合作的过程中，培养学生的团队精神和集体意识对应课标1、演示单摆振动，概括单摆模型。 2、能够通过观察图象和分析回复力确定单摆的运动性质 3、会通过探究实验推导周期公式 4、能利用周期公式求解当地的重力加速度 。主题单元问题设计1、单摆这一理想模型是怎样等效的？2、单摆的运动性质是怎样判断的？3、影响单摆周期的因素有哪些？周期与这些因素的定量关系是什么？4、分析单摆周期公式并会应用公式求解重力加速度专题划分专题一：单摆及单摆运动性质 （ 1 课时）专题二

5、：单摆运动的周期 （ 1课时）专题一单摆及单摆运动性质所需课时1课时专题一概述 (介绍本专题在整个单元中的作用，以及本专题的主要学习内容、学习活动和学习成果)本专题内容是简谐运动的第二个模型，体会理想模型法对单摆的概括；应用图象法、理论分析法判断单摆的运动性质。本专题学习目标 （描述本专题学习所要达到的主要目标）一、观察演示单摆，突出主要因素，忽略次要因素，概括出单摆这一理想模型。二、通过提出问题：单摆的振动是一种怎样的运动呢？过渡到单摆运动性质。学生思考讨论单摆运动性质是不是简谐运动呢？提出问题-猜想-实验方案-验证-得出结论。1、图象法：演示实验（注射器，长白纸，铁架台，细线等）2、理论分

6、析法：对摆球受力分析，确定回复力来源。本专题问题设计1、什么是单摆？ 2、单摆的运动性质是什么？所需教学材料和资源(在此列出学习过程中所需的各种支持资源)信息化资源Ppt课件常规资源学案导学 教学支撑环境多媒体实验室其 他注射器，铁架台，单摆学习活动设计（描述本专题的学习过程和学习活动）思考：什么叫做单摆？(课件展示单摆)学生完成学案中内容。小结：1、 在细线的一端拴着一个小球，另一端固定在悬点上，如果细线的质量与小球相比可以忽略，球的直径与线的长度相比也可以忽略，这样的装置叫做单摆。2、 单摆是实际摆的理想模型。过渡：单摆摆动时，摆球在振动，这是不是一种简谐运动呢？投影：单摆运动的性质师：（

7、投影）思考讨论：用我们前面学习的知识怎样判断单摆做简谐运动呢？学生：相互间讨论后回答（可单独提问）：1、观察单摆的振动图象 2、分析回复力（一）演示实验：观察单摆的振动图象器材：铁架台、注射器（内有墨水）、木板师：介绍实验仪器及实验要求，两名学生一起参与演示。展示振动图象并小结。FGOAAGFLG1G2OFGAA过渡：刚才我们通过观察振动图象知道单摆做简谐运动，下面我们就通过分析回复力从理论上证明单摆做简谐运动。（二）单摆的回复力展示：摆球静止在O点（flash动画）：师：摆球静止在O点时，受到哪几个力作用？生：重力G和细线的拉力F师：这两个力是什么关系？生：平衡力，同时指出O点为平衡位置。

8、师：拉开摆球使它偏离平衡位置放手，观察摆球的振动并分析摆球的受力。生：沿着以平衡位置O为中心的一段圆弧A A做往复运动。重力G和细线的拉力F展示：摆球在任意位置P的受力（flash动画）师：摆球沿着圆弧运动，所需要的向心力由什么力提供？生：细线的拉力F和重力G沿着悬线向下的分力G1师：摆球以平衡位置O为中心在A A间做往复运动，所需的回复力由哪些力提供呢？角度正弦值弧度值1°0.017450.017452°0.034900.034913°0.052340.052364°0.069760.069815°0.087160.087276°0

9、.104530.104727°0.121870.122178°0.139170.13963生：重力G沿着圆弧切线方向的分力G2师生：由受力分析可得：展示：角度、角度的正弦值、弧度值的数据表在摆角很小的情况下，的值近似等于的弧度值，而等于弧长与半径之比；弧长可近似看成直线，则有：所以：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，摆球在任意点时回复力方向与位移方向相反，我们就可以用“”号表示，上式可写成：。小结：在偏角很小（小于10°）的情况下，单摆做简谐运动。教学评价（列举本专题中要评价的学习要素和

10、所使用的评价工具或方法）1、能够突出主要因素忽略次要因素概括单摆这一理想模型。2、通过实验观察和理论分析单摆运动性质。专题二单摆运动的周期所需课时1课时专题二概述 (介绍本专题在整个单元中的作用，以及本专题的主要学习内容、学习活动和学习成果)该专题通过“控制变量法”探究影响周期的因素并确定定量关系，是本单元的重点，也是探究实验的核心部分。通过分小组实验分别探究：周期和质量；周期和振幅；周期和摆长的关系。通过定量数据作图像归纳总结周期公式。本专题学习目标 （描述本专题学习所要达到的主要目标）演示实验：控制变量法演示单摆振动快慢和摆球质量、摆长、振幅的定性关系，进而提出问题：单摆运动的周期与这些因

11、素的定量关系是什么？分组实验：一组：周期与质量的关系二组：周期与振幅的关系三组：周期与摆长的关系小组汇总实验数据，用数表软件处理得到周期公式本专题问题设计1、影响单摆周期的因素有哪些？周期与这些因素的定量关系是什么？2、分析单摆周期公式并会应用公式求解重力加速度所需教学材料和资源(在此列出学习过程中所需的各种支持资源)信息化资源PPT 课件常规资源学案导学 教学支撑环境多媒体实验室其 他不同规格摆球多组、铁架台、秒表、米尺等学习活动设计（描述本专题的学习过程和学习活动）展示：1、摆钟的振动：T2S 2、天文馆里的“傅科摆”周期T16S师：单摆的周期与什么因素有关呢？投影：单摆的周期（投影）猜想

12、：根据单摆结构和做简谐运动的条件，猜测单摆的周期可能跟哪些因素有关？ 生：相互间交流讨论并大胆猜测：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。（充分调动学生积极性，大胆回答，并对回答正确的的同学给予鼓掌，使课堂气氛活跃起来）师：1、指出在摆角很小，摆球体积小质量大时，空气阻力较小，可以忽略。 2、在同一地点，重力加速度不变，同学们课下可设计可行方案。由此整理得到： 单摆的周期可能与摆球的振幅有关； 单摆的周期可能与摆球的质量有关； 单摆的周期可能与摆球的摆长有关。师：单摆的周期可能与三个因素有关，我们要分析周期与一个因素的关系，应该在什么前提条件下呢？生：保证其它因素

13、不变。师生：这种方法我们叫做控制变量法师：下面我们根据控制变量法来探究周期与这三个因素的关系。（结合学案中的内容）探究一单摆的周期与振幅的关系1、实验方案：（学生思考讨论后回答）（1）让1个单摆摆动，测出n次全振动的时间t1；改变单摆的振幅，测出相同全振动次数的时间t2，比较t1 和t2。（2）用两个完全相同的单摆，固定在铁架台上使它们同时开始做不同摆角的振动，观察它们的振动步调是否相同。2、思考与讨论 ： （1）为了使实际摆更加接近单摆，在摆球大小一定时，对摆线有何要求？（2）为了使单摆做简谐运动，在实验中对摆球偏角有何要求？（3）测定单摆的周期，可以取平衡位置为计时的起点，也可以取摆球到达

14、最大位移处时为计时的起点，你们觉得哪个办法较好？（4）单摆的周期比较短，要用怎样的方法才测得更准确？3、根据器材选择方案，完成实验：摆角全振动次数振动时间30左右1050左右104、小结：单摆的周期与摆球振幅无关单摆的等时性投影：伽利略（Galileo ，15641642），发现了单摆的等时性。探究二单摆的周期与质量的关系:1、实验方案： （学生思考讨论后回答）（1）让1个单摆振动，测出n次全振动的时间t1；改变单摆的质量，测出相同全振动次数的时间t2，比较t1 和t2。（2）让两个摆长相同、摆球质量不同的单摆，保证它们的摆角相同并同时摆动，观察比较它们的振动步调。2、根据实验器材，选择方案，完成实验：质量全振动次数振动时间小10大103、小结：单摆的周期与摆球质量无关探究三振动周期与摆长的关系：1、实验方案：（学生思考讨论后回答） 用1个单摆，分别测量不同摆长下完成n次（3050次）全振动的时间t，比较时间。2、思考讨论：怎样测单摆的摆长？3、根据实验方案，完成实验：组别摆长(cm左右)振动次数（次）振动时间t(s)周期T(s)A组50306030B组70308030C组9030100303、 小结：周期与摆长有关过渡：周期与摆长存在怎样的定量关系呢？如何验证这种定量关系？生：猜想：1、 2、图像法4、数