2.4单摆 教案-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册

课题2.4单摆讲学目标动力值1.多媒体展示生活中的摆动，激发学生学习兴趣。2.通过导学案，使学生明确学习任务，做好预习。3.自己动手设计实验，调动学生学习物理的热情。4.通过设计故事情境、留下疑问，提高学生学习的积极性。5.介绍相关的物理学史，体会物理学家的探索精神。方法值1.通过单摆的教学，知道单摆是一种理想化的系统，学会用理想化的方法建立物理模型。2.通过猜想和实验，培养探究物理问题的能力。3.通过单摆做简谐运动条件的教学，体会用近似的处理方法来解决物理问题。4.通过研究单摆的周期，掌握用控制变量的方法来研究物理问题。5.通过演示实验培养学生独立发现并总结物理规律的能力。数量值1.知道什么是单摆；能从理想化的角度去理解单摆的结构。2.理解单摆振动的回复力来源及做简谐运动的条件；能从力的作用效果的观点去分析回复力，并且采用近似法表达单摆的回复力。3.知道单摆的周期和什么因素有关，掌握单摆振动的周期公式，并能灵活应用公式解题。4.了解单摆在生活中的应用。意义值1.单摆是简谐运动的一个特例，既具有简谐运动的共性，又具有单摆的特殊性，理解共性和个性概念。2.自己动手设计实验,培养了学生动脑动手能力和团结合作精神。3.实验和理论推导的结合,使学生更好的体会物理规律的探究过程。4.介绍傅科发明的傅科摆、伽利略发现摆的‘等时性’、惠更斯发明摆钟，使学生了解相关的物理学史。5.留下疑问，培养学生从生活中发现问题，并能利用所学知识解决问题的能力。讲学重点单摆振动的特点和单摆周期公式的探究讲学难点单摆的回复力以及对小角度近似的处理讲学过程讲学内容媒体运用教师导学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？今天我们学习另一种机械振动——单摆的运动（向学生介绍本节课的教学目标）首先，我们来观察一下：荡起的秋千，吹动的风铃，老式的钟摆。这些都是实际生活中常见的摆。那么，它们是否可以看成是单摆呢？多媒体展示：生活中常见的摆动；本节课的教学目标。检查预习1、应用导学案，让学生通过自己的观察和分析，总结出单摆模型的理想化条件：悬点：固定；摆线：质量小、不可伸缩、长度远大于小球直径；摆球：质量大、体积小（可看成质点）2、学生自己动手设计实验，通过演示单摆运动的x-t图像是正弦函数图像，表明单摆运动是简谐运动。思考讨论物体做机械振动，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：图２1、单摆的摆长就是摆线的长度么？图２2、单摆运动的平衡位置在哪？此处摆球所受合力是否为零？3单摆的回复力由谁来提供，如何表示？4什么条件下，单摆的运动是简谐运动？自我展示通过思考讨论，让学生板演单摆运动回复力的表达式，以及当单摆的最大摆角很小时，其运动是简谐运动的证明过程。演示实验我们知道做机械振动的物体都有振动周期，请思考：单摆的周期受那些因素的影响呢？（引导学生猜想）引导学生应用“控制变量的法”设计实验来证实猜想，指导学生完成“探究单摆周期与哪些因素有关”的演示实验。实验过程：［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。［演示2］摆角小于的情况下，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。［演示3］取摆长不同，两个摆球从某一高度同时释放，注意要。（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。实验结论：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：单摆的周期和摆长的平方根成正比，和重力加速度的平方根成反比，周期公式：条件：摆角留下疑问单摆周期的这种周期和振幅无关的性质，叫做等时性。单摆的等时性是由伽利略首先从观察教堂的灯的摆动发现的。钟摆的摆动就具有这种性质，摆钟就是根据这个原理制成的。设想：如果一个摆钟在北京走得好好的，带到广州去会怎么样？如果将摆钟带到一个陌生的地方，发现钟变慢了，说明此地有何特点？是否可以利用单摆测定某地的重力加速度？操作演练答疑解难一典型例题：周期T=2s的单摆叫做秒摆，试计算秒摆的摆长。(g=9.8m/s2）二思维拓展：介绍双线摆，知道双线摆的等效摆长，计算双线摆的周期？多媒体展示题目，双线摆模型，以及具体的解题过程。实践应用周期的应用：单摆周期的这种周期和振幅无关的性质，叫做等时性。单摆的等时性是由伽利略首先发现的。（此处可以讲一下伽利略发现单摆等时性的，最早是由伽利略从教堂的灯的摆动发现的。）钟摆的摆动就具有这种性质，摆钟也是根据这个原理制成的，如果条件改变了，比如说摆钟走得慢了，那么就要把摆长调整一下，应缩短，使减小；如果这个钟在北京走得好好的，带到广州去会怎么样？由于广州小于北京的值，所以变大，钟也会走慢；同样，把钟带到月球上钟也会变慢。我们还可以根据这个周期公式测某地的重力加速度，由公式可知只要测出单摆的摆长、周期，就可以得到单摆所在地的重力加速度。随堂练习1．振动的单摆小球通过平衡位置时，下例有关小球受到回复力的方向或数值说法正确的是：（）A指向地面B指向悬点C数值为零D垂直于摆线2．下面那种情况下，单摆的周期会增大？（）A增大摆球质量B缩短摆长C减小振幅D将单摆由山下移至山顶3．一个单摆的振动周期是2S，求下列作简谐运动情况下单摆的周期(1)摆长缩短为原来的1/4，单摆的周期(2)摆球的质量减为原来的1/4，单摆的周期(3)振幅减为原来的1/4，单摆的周期4．把一个摆长为2.5m的单摆拿到月球上去，已知月球上的重力加速度为1.6m/s2，这个单摆的周期是多大？5．用摆长为24.8cm的单摆测定某地的重力加速度，测得完成120次全振动所用的时间为120s，求该地的重力加速度。6．甲乙两个单摆的摆长之比是4∶1，质量之比是1∶2，那么在甲摆振动5次的时间里，乙摆动了________次？课堂小结1、单摆模型：摆线；摆球2、单摆的运动规律：最大摆角很小时，单摆做简谐运动．3、单摆的周期：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．多媒体展示本节课主要内容，学