选必1.2.4单摆教学设计

物理学科单摆的单元及课时教学设计（2023年版）第1课时教学设计课题单摆课型新授课☑章/单元复习课□专题复习课□实验探究课□习题/试卷讲评课□课题研究课□学科实践活动课□其他□1.教学内容分析单摆是典型的简谐运动。通过学习受力和运动情况较为复杂的单摆，促进学生对简谐运动规律的进一步理解和应用，丰富学生的运动与相互作用观念。通过“问题”启发学生思考与讨论，形成单摆概念，提出分析论证单摆做简谐运动的两种方法，通过对单摆回复力的分析推导，进一步领会F=kx的意义及实际应用，应充分关注两个方面的内容，并体会其中的物理方法。（1）为什么回复力是重力沿着圆弧切线方向的分力。（2）论证中做了必要的、合理的近似，要注意到这是一种常用的方法，必要的、合理的近似不仅简化数学运算，而且可以忽略次要因素，突出主要矛盾，解释事物的本质。通过“做一做”观察墨汁图样，从墨汁形成的正弦（或余弦）曲线，证明单摆的运动是简谐运动，激发学习兴趣，提升科学素养，丰富学生的学习经历和知识形成过程。教科书关于构建理想化模型方法的应用是分层次的，包含两个阶段：一是将实际的摆构建成单摆模型，二是将单摆模型归入简谐运动模型，注意引导学生建构模型时的层次性和阶梯性。通过对较为复杂的单摆相关问题进行分析和推理，促进学生科学思维的发展。探究单摆周期与摆长的关系时，用控制变量法定性研究，再用图像法处理数据获得定量结果，提升学生的科学探究能力。不要求学生对单摆的周期公式进行理论推导。2.学情分析①学生的心理特征本节课授课的对象是高二的学生，它们对事物的认识已经上升到较为理性的阶段，不仅仅停留在表象上，更加关心的是现象背后的本质原因，喜欢探究，因果认识兴趣浓厚，分析问题的能力有所提升。②学生的知识基础在学习单摆之前，学生学习了简谐运动及其图像，简谐运动的振幅、周期、频率以及回复力和能量等内容，本节是简谐运动的应用实例。③学生的认知困难学生初次接触单摆，不善于利用等效摆长解释单摆现象，对于摆长的概念理解得不够透彻。对于近似法处理回复力问题存在困难。由于周期与摆长的二次方根成正比，对于学生而言比较抽象，在猜测上存在一定的思维障碍。3.学习目标科学思维：（1）通过观察摆的运动情境，类比弹簧振子模型建构过程，对实际摆的装置——细线和小球、空气进行理想化处理，自主构建出单摆模型；（2）通过讨论分析，说出推理和验证单摆做简谐运动的动力学方法；（3）通过对摆球受力分析，明确回复力是重力沿圆弧切线方向上的分力，对比小角度θ和sinθ的大小，论证得出单摆做简谐运动的动力学条件；科学探究：（4）通过教师演示实验，定性得出周期与摆长的关系；引导学生作出猜想与假设、合作设计实验、进行实验操作，记录数据、图像法处理数据发现规律，形成结论、解释交流。4.学习重点难点教学重点：对单摆运动规律和单摆周期公式的探究教学难点：对单摆回复力的判定以及对小角度的近似处理5.教学辅助支持多媒体课件、单摆、装有墨汁的注射器、学生探究器材（米尺、细线、秒表、铁架台、质量不同的摆球、游标卡尺、）等、自制双面实验演示仪、计算机绘图软件6.教学活动设计过程学习内容与教师活动学生任务/活动设计设计意图及对应目标达成环节一课堂引入：生活中经常可以看到悬挂起来的物体在竖直平面内往复运动。将一小球用细绳悬挂起来，把小球拉离最低点释放后，小球就会来回摆动。小球的摆动是否为简谐运动？观察生活中常见的挂起来的物体在竖直平面内往复运动。疑惑、思考、迫不及待想知道答案创设真实的生活情境，激发学生主动思考，联系实际，引出新课内容。紧扣课题，为学习新知识做好充分的准备思考讨论:：活动1：什么是单摆？定义：一根不可伸长的细线下面悬挂一个小球就构成了单摆。单摆的主要组成部分摆长：悬点到球心的距离摆角：摆到最高点时，摆线与竖直方向的夹角。活动2：单摆的理想化条件有哪些？①细线：不可伸缩，质量不计，长度远大于小球直径。摆球：体积小，质量大。②空气阻力可以忽略问题1：阅读教材，说出单摆的定义和特点。问题2：说出单摆的理想化特点。思考、分析、猜想期望回答：摆球质量、振幅、摆长、空气阻力。以思考讨论的方式引入新课，让学生积极参与课堂，更好的理解深化所学知识，自主建构出单摆模型特点。达成学习目标1.结合示意图进行猜想，使猜想有理可依。小结：单摆的理想化模型经历建构理想化模型的过程增强模型建构能力环节二思考讨论如何若判断单摆振动是不是简谐运动？用什么方法判断？（1）根据回复力的规律F=kx判断（2）根据物体的振动图像去判断讨论前几课学习到的判断简谐运动的方法与前概念、规律建立联系，增强联系能力，达成目标2环节三活动：单摆的回复力回复力大小：重力沿切线的分力提供回复力与该点速度方向在同一直线上，不断改变速度大小方向：沿切线指向平衡位置向心力大小：与该点速度方向垂直，只改变速度方向方向：沿半径指向悬点在摆角小于5度的条件下：Sinθ≈θ（弧度值）。当θ很小时，x≈弧长，位移方向与回复力方向相反，摆角θ＜5°的单摆运动可认为是简谐运动如图，细线下悬挂一个除去了柱塞的注射器，注射器内装上墨汁。当注射器摆动时，沿着垂直于摆动的方向匀速拖动木板，观察喷在木板上的墨汁图样。结合回复力的概念，对摆球进行受力分析，画出受力分析分析论证单摆的回复力满足F=kx的形式通过表格直观理解近似处理办法推理出单摆的动力学特征观察沙摆的图像演示。观察单摆的位移时间图像。通过对摆球的受力分析，明确单摆回复力的来源。提高学生自主分析问能力。小组讨论，推导单摆的的回复力满足的形式。达成目标3小组讨论，找出答案，让学生更好的理解单摆运动的特点。通过观察实验，让结论更加直观，便于学生理解记忆。环节四实验探究：活动1.提出问题单摆的周期可能与哪些因素有关？活动2.猜想与假设结合示意图作合理的猜想，提出用控制变量法进行实验。活动3.设计实验与进行实验让学生根据提示自主设计实验方案活动4：实验过程①探究单摆周期与质量的关系实验方案一可以用什么方法来设计实验？演示实验引导学生观察、分析实验现象。得出结论：单摆周期与质量无关。②②探究单摆周期与振幅的关系（在振幅较小情况下）演示实验引导学生观察、分析实验现象。得出结论：在振幅较小情况下单摆周期与振幅无关。③探究单摆周期与摆长的关系演示实验引导学生观察、分析实验现象。得出结论：单摆周期与摆长有关。摆长越长，周期越长，摆长越短，周期越短。得出结论单摆振动的周期与摆球质量无关，在振动幅度较小时与振幅无关，但与摆长有关，摆长越长，周期也越长学生实验，定量探究引入：蛇摆表演探究①介绍实验装置②实验操作要点③学生进行实验并记录数据excel数据汇总，寻找线性关系给出公式，结束定量探究思考、分析、猜想期望回答：摆球质量、振幅、摆长、空气阻力。期望回答1：控制振幅不变，让两摆球偏离一定角度并保持平行后同时释放，如果摆动同步就说明周期一样。期望回答2：两个球靠近中线位置，同时释放，如果在摆动过程中它们总能在中间相遇，说明周期一样。观察、思考觉得新奇、有趣，学习积极性被调动。结合图示简要说明实验目的和实验操作要点做好记录，为实验探究做充分的准备，尽量减少偶然误差，提高探究效率。学生之间进行合作与交流，设计表格、进行实验并记录数据。数据汇总，引导学生猜想单摆周期与摆长到底有怎样的关系。猜想1：T∝l猜想2：T∝猜想3：T∝猜想4：T∝……总结得出惠更斯研究得出的单摆周期公式。结合示意图进行猜想，使猜想有理可依。让学生自主设计实验方案，注重培养学生分析问题、解决问题的能力。采用自制双面实验演示仪，实验现象直观明显，有助于学生更好地理解知识；把实验演示仪做成可以双面用，体现环保理念、效率高，把科学性和教育性有机结合，贯彻教学原则，突出教学重点。过有趣的蛇摆表演引入定量探究，在引起学生注意的同时，充分调动了学生的好奇心。使学生更加积极主动地配合老师的教学和进行定量研究，达到了双赢。实验器材生活化，操作简单，体现生活当中处处有物理。利用图形的直观性特点，使教学内容更容易被学生接受，深化学生对知识的理解，同时也使教学效率大大提高。这部分体现了我的，这样的改进既增加了实验的趣味性又便于学生更准确地定位单摆摆动时的平衡位置。采用多次测量求平均值的方式，大大地降低了偶然误差，进一步提高学生的科学素养，渗透情感态度与价值观教育。引导操作，确保实验过程的规范性。由于周期与摆长的二次方根成正比，这对于学生而言比较抽象，在猜测上存在一定的思维障碍，通过引导学生猜想。最后利用excel软件对数据进行处理，使结果直观明了，让学生在形成实事求是的精神的同时，学会用excel软件分析和处理实验数据。在实验基础上，总结得出公式，显得更加顺其自然，体现物理学科的实验性质，激发学习兴趣并传达了严谨的物理思维达成目标4课堂小结1、建构单摆的理想化过程：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，球的直径比线长短得多。2、单摆运动的性质：在摆角θ<5°的条件下，单摆的振动可看作简谐振动。3、单摆振动的周期公式：单摆周期与摆长和重力加速度有关,与振幅和质量无关。经历理想模型建构过程，经历自主探究过程。7.板书设计8.作业与拓展学习设计1.在探究单摆振动周期的过程中，你是怎样测量单摆周期的？为什么要这么测量？2.周期是2s的单摆叫秒摆，秒摆的摆长是多少？把一个地球上的秒摆拿到月球上去，已知月球上的自由落体加速度为1.6m/s2，它在月球上做50次全振动要用多少时间？3.将力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力。图甲中O点为单摆的固定悬点，现将小摆球(可视为质点)拉至A点，此时细线处于张紧状态，释放摆球，则摆球将在竖直平面内的A、B、C之间来回摆动，其中B点为运动中的最低位置，∠AOB＝∠COB＝θ，θ小于10°且是未知量．图乙表示由计算机得到的细线对摆球的拉力F的大小随时间t变化的曲线，且图中t＝0时刻为摆球从A点开始运动的时刻．试根据力学规律和题中(包括图中)所给的信息，求摆球的振动周期和摆长．(g取10m/s2)9.特色学习资源分析、技术手段应用说明一、创设真实问题情境，激发学生学习兴趣。兴趣是引导小学生积极探究的学习的良好方法。一个对学科知识无兴趣也无需要的学生是不能持久努力学习这门学科的。因此在教学过程中教师要想方设法调动学生的学习积极性和学习热情，形成良好的学习动机。创设真实的问题情境，补充学习的知识背景，使物理内容形象化，使学生对所要学习的课题产生深厚的兴趣，必能大大地激发学生的学习欲望，使学生保持高昂的学习情绪，很快地、效果显著地进入教师创设的学习情境之中。二、通过实验探究，突破教学重点难点。突破教学难点，解决一些很抽象的问题，花费大量的时间和精力，而学生"启而不发，思维受阻"时，还易产生疲劳感甚至厌烦情绪，教师可用演示实验以活化课文内容情境，变抽象为具体，化难为易，激活学生思维，帮助其充分感知体验。促进学生对物理概念和规律的理解。三、原创素材新颖，自制教具精美自制双面实验演示仪：双面可用，一面是探究单摆周期与质量的关系；另一面是探究单摆周期与振幅、摆长的关系。体现环保理念，给学生渗透环保思想，寓教育性于教学过程中。画板清晰，直观易懂，可以让学生根据画板的提示设计实验方案，体现了以教师为主导，学生为主体的教学理念，使学生进一步掌握用控制变量法进行实验。四、运用现代教育技术，发挥学生主体作用。利用计算机处理实验数据。现代技术教育手段，能为学生提供多样化的教育形式，创造更好的学习情境，从而给学生更多的时间与空间去探索、去发现、去研究，有利于吸引和组织他们积极参与，发挥学生主体作用。10.教学反思与改进附件二：学习任务单模板学科：物理年级：高二【学习目标】科学思维：（1）通过观察摆的运动情境，类比弹簧振子模型建构过程，对实际摆的装置——细线和小球、空气进行理想化处理，自主构建出单摆模型；（2）通过讨论分析，说出推理和验证单摆做简谐运动的动力学方法；（3）通过对摆球受力分析，明确回复力是重力沿圆弧切线方向上的分力，对比小角度θ和sinθ的大小，论证得出单摆做简谐运动的动力学条件；科学探究：（4）通过教师演示实验，定性得出周期与摆长的关系；引导学生作出猜想与假设、合作设计实验、进行实验操作，记录数据、图像法处理数据发现规律，形成结论、解释交流。【重点难点】教学重点：对单摆运动规律和单摆周期公式的探究教学难点：对单摆回复力的判定以及对小角度的近似处理【学习过程】问题情境—自主学习—合作探究—展示交流—总结提升。（每个环节要求预设时间）子任务情境创设学习方式时间控制环节一实际摆的运动情境观察总结3min环节二验证单摆做简谐运动的方法语言说明2min环节三单摆回复力的论证自主推理论证8min环节四单摆的周期与摆长的关系合作探究、展示交流25min环节五总结提升整理笔记2min【达标检测】1.在探究单摆振动周期的过程中，你是怎样测量单摆周期的？为什么要这么测量？2.周期是2s的单摆叫秒摆，秒摆的摆长是多少？把一个地球上的秒摆拿到月球上去，已知月球上的自由落体加速度为1.6m/s2，它在月球上做