单摆的教学设计.doc

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教学设计参赛作品
课题名称:单摆
《单摆》第1课时的教学设计
一、教材分析与设计
(一)教材的地位与作用
《单摆》是高中物理人教版选修3-4第11章第4节内容。本节内容安排在《简谐运动的回复力和能量》之后,属于简谐运动的应用实例,起到了承上的作用。在学****单摆”之前,学生们学****了简谐运动及其图象,简谐运动的振幅、周期、频率以及回复力和能量等内容。这里作为简谐运动的应用实例,来学****单摆的运动规律、受力情况和图像特点,以加强对单摆内容的理解,深化、突出了单摆这种简谐运。
(二)教材处理
本节课内容多、理论性强、探究过程复杂,所以用两课时完成:第1课时认识单摆这一理想化模型,用图象和公式证明单摆的运动属于简谐运动。第2课时着重探究单摆周期与摆长的关系。
此教学设计是针对第1课时设计的。
(二)学情分析
高二学生已经适应了高中物理学****已经掌握了学****物理的基本方法,具有了一定的思维能力和接受能力。但是由于本节课结合了数学知识,涉及到小角度的近似处理,这在高中物理学****中是第一次出现。学生对这样的处理感觉很困难。
二、课前准备
本节课属于简谐运动的应用实例,主要解决两个问题1、认识单摆2、用图象法和公式法证明单摆的振动属于简谐振动,基于这个目标,实现课堂教学的有效性,教师可以针对这个目标可布置以下预****作业。
1、指导学生自制单摆,画出单摆的x-t图象,对单摆的运动特点有一定的认识
2、在证明了竖直方向弹簧振子的运动属于简谐运动的基础上,要求学上阅读教材、分析教材自行证明单摆的运动是不是简谐运动。
3、.单摆一个,小球一个,细线两根,白纸三张,用墨水稀释的水一瓶,注射器管一支。
三、教学目标
1、知识与技能目标:(1)知道什么是单摆,了解单摆的运动特点
(2)知道在摆角很小时单摆做简谐运动
2、过程与方法:经历证明单摆运动是简谐运动的过程,学生体会数学方法在物理中的应用
3、情感态度和价值观:通过证明过程,培养学生学****科学的兴趣和自觉性。并在学****证明的过程中,学会运用科学态度、科学价值观去克服困难、探究解决类似的问题
四、教学重点
重点:单摆振动的特点
依据:单摆振动是具体的简谐运动的应用实例,分析简谐运动也就是分析质点在运动过程中的振幅、周期、位移、频率、能量等一些物理量的特点,通过对单摆运动特点的分析、理解,学生对简谐运动的特点理解会更加深刻
五、教学难点
难点:单摆的回复力以及对小角度的近似处理。
依据:在分析具体的简谐运动时学生往不能正确的分析出回复力的来源,有的学生即使能够分析出回复力的来源,也不知如何导出的形式,给解决问题带来了困难,因此将这个问题设置为难点。
六、教学过程
(一)引入新课
前面我们学****了弹簧振子,知道了简谐运动的特点。在日常生活中,我们还常常看见摆钟、荡船、秋千都在竖直平面内做摆动,这些摆动是属于一种什么样的运动呢?今天我们来学****最简单的摆动——单摆的运动。
本堂课主要解决两个问题1、知道什么是单摆。2、证明单摆的运动是不是简谐运动
设计意图:交代清楚本节的任务,使学生心中有数。
(二)进行新课
1、单摆
(1)单摆:一根不可伸长的细绳,一端固定,另一端与小球相连,如果细线的质量与小球相比可以忽略,求的直径与线的长度相比可以忽略,忽略空气阻力的影响,这样的装置叫单摆。
教师活动:由学生阅读教材,得出单摆的定义。教师对定义进行补充说明。
设计意图:培养学生自学能力,加深对单摆概念的理解
教师活动:这样的装置在生活中存在吗?
设计意图:使学生意识到这样的装置在现实生活中不存在,是一种理想化模型。
(2)单摆是实际摆的理想化模型
(3)判断下列模型是否属于单摆模型
教师活动:画出几幅图片,有学生判断是否属于单摆模型
设计意图:使学生更加明确什么是单摆
2、单摆的运动
教师活动:单摆在做振动,这种振动是不是简谐运动呢?需要我们证明,有几种方法
学生:回答两种,图象法和公式法
设计意图:针对两种证明方法展开教学
画单摆的x-t图象
学生演示实验,画出单摆的x-t图象,与正弦曲线十分相似
教师活动,虽然图象与正弦曲线十分相似,但是我们还不能确定单摆的运动就是简谐运动,因为我们还需要用理论去证明这个图象到底是不是正弦曲线,尽管如此我们还是对单摆的运动有了大致的了解,接下来我们用公式法去证明单摆的振动是不是简谐运动。
教师活动:凡是振动都需要回复力,那单摆的回复力是什么力呢?
设计意图:学生明确,接下来要寻找回复力
(2)单摆的回复力分析
实验演示单摆的振动
回复力分析
教师活动:(问)单摆在振动过程中受到哪些力作用?
生:答
F
G
F1
F2
P
O
教师活动:教师由学生的回答板书单摆受力分析图
教师活动:单摆振动的回复力是谁?
学生讨论后让学生回答。(可能有重力和拉力的合力,拉力水平方向的分力,重力沿切线方向的分力等)
教师活动:单摆振动时在竖直平面内做变速圆周运动,重力和拉力的合力产生两种效果:使小球做圆周运动,速度大小发生变化。从匀速圆周运动知识知道,向心力只改变物体运动的速度方向,因而单摆做变速圆周运动的圆复力就是合力在切线方向的分力,这个分力也是重力沿切线方向的分力。
教师活动:板书
教师活动:由单摆的回复力的表达式能否看出单摆的振动是简谐运动?
学生:不能,因为不符合
教师活动:书上已给出了具体的推导过程,其中用到了两个近似:(1)sinα≈α;(2)在小角度下OP直线与OP弧线近似相等。这两个近似成立的条件是摆角很小,α<10°。(见附表,打印在投影片上。)由投影片我们可知α在5°之内,并且以弧度为角度单位,sinα≈α。
教师活动:在这个基础上,接下来由你们按照教材上的提示,导出回复力与位移的关系。
(3)关于单摆做简谐运动的条件
①推导:在摆角很小时,sinθ=
又回复力F=mgsinθF=mg·(x表示摆球偏离平衡位置的位移,l表示单摆的摆长)
②师生分析得到:在摆角θ很小时,回复力的方向与摆球偏离平衡位置的位移方向相反,大小成正比,单摆做简谐运动.
④教师讲:我们知道简谐运动的图象是正弦(或余弦曲线),那么在摆角很小的情况下,既然单摆做的是简谐运动,它振动的图象也是正弦或余弦曲线.
⑤总结:从实际得到的图象和理论上中均可看出:在摆角很小的情况下,时,单摆做简谐运。
(4)用量角器画出角
设计意图:学生感受角,到底有多大
七、课堂训练
练****题:教材12页底题第2问。光滑圆弧面上有一个小球,把它从最低点移开一小段距离,放手后,小球以最低点为平衡位置左右振动,证明:小球的运动是否是简谐运动。
引导学生用这节课的思维方式去证明此题。
八、课堂小结
本节课主要研究了什么是单摆,并证明了在摆角很小时,单摆的运动可以看作是简谐运动,并体会近似法在处理物理问题中的方便。
九、课下作业
1、练****册13页1、2,12页11
2、预****单摆的周期