人教版高中物理选修3-4第11章第4节单摆教学设计

人教版高中物理选修3-4第11章第4节单摆教学设计1/4单摆教学设计一、前期分析1.教材分析单摆选自人教版高中物理选修3-4第十一章第4节。本课内容分为两课时，本教学设计着重介绍第二课时。在此之前，教材安排了简谐运动、简谐运动的描述以及简谐运动的回复力和能量三节内容。而单摆是简谐振动的实例应用，在整个物理学中占有重要的地位，是高中物理振动的核心内容，既是本章的中心，又是本章的教学重点。上一课时已经学习了单摆模型、单摆的回复力以及单摆做简谐运动的条件，而本课时单摆的周期又是本节的重点。2.学情分析学生已经学习了单摆以及单摆的回复力，需要探究单摆的周期。而对于影响单摆振动周期的因素，学生从日常生活经历中容易形成错误的经验，认为摆球的质量和振幅也会影响单摆的周期；而学生在前面的物理学习中已经多次接触过用控制变量的实验方法来研究多变量物理问题。有了思维基础，所以可以通过学生猜想、设计实验验证猜想来探究影响单摆振动周期的因素。3.教学重难点教学重点：掌握好单摆的周期公式及其成立条件教学难点：探究单摆周期与摆长的关系的实验二、教学目标知识与技能：1.学会设计探究单摆周期与摆长关系的实验方案；2.掌握单摆的振动周期；3.分析实验过程中存在的误差以及掌握减小误差的方法。过程与方法：1.通过日常生活经历进行猜想；2.运用控制变量法设计实验方案，进行实验进行探究；3.提高探究物理问题的能力，概括出影响周期的因素。情感态度与价值观：1.利用课堂的设疑、有趣的实验，激发好奇心，诱发创造需要；2.自己动手解决问题，提高对物理学习的信心；3.自己设计实验，激发对科学探究的乐趣。三、教学方法猜想法：学生根据自己的日常生活经验对影响单摆周期的因素进行猜想实验设计法：学生利用已有的实验器材分组设计实验实验比较法：各小组之间设计的实验进行比较，并且对各小组的实验数据进行比较四、教学准备人教版高中物理选修3-4第11章第4节单摆教学设计2/4单摆实验相关仪器、上课所用的相关课件五、教学过程1.旧知回顾前节课学习了单摆的模型以及单摆的回复力，课前对上节课的知识进行回顾。用图片四个摆的图片，让同学选择哪一个是单摆模型。再一次展示单摆回复力的受力分析图，在黑板上写出单摆回复力的公式：F=lmgx/2.新课引入展示图片傅科摆和不同的摆钟。提出问题：傅科摆和日常的摆钟摆动有什么不同？学生可能回答：它们摆动的时间不同。两者摆动的时间不同，即单摆的周期不同。再次提问：影响单摆周期的因素有哪些？学生可能回答：小球的质量、单摆的摆长、单摆的初始高度（教师修正为振幅）……3.新课教学教师：既然单摆的周期和这么多因素有关，那我们该如何设计实验呢？学生回答：控制变量法让学生自己设计实验方案，学生代表起来发言，描述自己的实验方案。学生设计的方案：要进行三个实验[实验1]将摆长相同，质量不同的摆球拉到同一高度释放，测量周期；[实验2]将摆长相同，质量相同的两个摆球从不同高度释放；[实验3]取摆长不同，质量相同两个摆球从某一高度同时释放。实验设计完成后，将学生分成四个小组，每个小组分发单摆、秒表，先进行实验1，分组后两两形成对照组，即一三小组用完全相同的摆长、摆球，二四小组也用相同的摆长和摆球，但摆球的质量与一三组不同，各自测量一组实验数据。实验过程中学生可能出现的问题：一三组同学测得的周期也不相同。分析产生这种误差的原因：在实验实际的操作过程中，测量单摆摆动周期的时候，需要注意细线悬挂的方式和计量的计时起点。细线的悬挂方式有两种，如下图，人教版高中物理选修3-4第11章第4节单摆教学设计3/4如使用甲图方式进行悬挂，则在单摆实际摆动的过程中，单摆的摆长会发送变化，摆向内侧时摆长增加，摆向外测时摆长减小，从而造成了实验的误差。因此，选用乙图的悬挂方式相对合理。计时起点的选择也会影响实验数据的测量，同样地，计时起点也有两种不同的情况，如下图最低点位置很明确，便于观测。而最高点位置模糊不便观测。同时，单摆经过最低点时的速度最快，在通过最低点的瞬间按动秒表计时最精确。测量的周期数目也影响实验结果，测量多次全振动然后计算平均周期比仅仅只测量一次误差要小。对误差进行分析之后，让学生重新进行实验，测得数据，再依次进行实验2和实验3，分析处理数据，可以得出结论。结论：单摆的周期和摆球的质量、单摆的振幅无关，与单摆的摆长有关继续进行探究，让学生提出猜想，单摆的周期与摆长有什么关系。学生可能的猜想：与单摆的摆长L成正比，与摆长L成反比……[实验4]将二四组的实验摆球换成与一三组的摆球质量相同，各组用不同的摆长进行测量单摆的周期。在测量摆长的时候，需要提醒学生注意细线的长度不能直接等于摆线的长度，还要增加小球的半径，才是真正的摆线长度。在学生测量周期的过程中，新建EXCEL表格，绘制如下图表格细线长度l小球直径d摆长L=l+d/2人教版高中物理选修3-4第11章第4节单摆教学设计4/42LL/1L……周期T利用EXCEL绘制周期T与L、2L、L/1、L的关系图结论，周期T与摆长L成正比。教师：荷兰物理学家惠更斯通过实验进一步得出结论T=gl/2π同时这个公式的提出，也是在单摆振动是简谐运动的前提下，在前一节课也已经给出结论，摆角α＜5°。了解了单摆的周期公式后，我们可以运用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。此时，重力加速度的公式为Tl/4πg2六、形成性评价[题目]甲乙两个单摆，甲的摆长是乙摆长的4倍，乙摆球质量是甲球质量的2倍。在甲振动5次的时间内，乙摆球振动______次。分析：此题考查的是周期的影响因素。已知摆长和质量比例关系，但由周期公式和前面所做演示实验可知，周期与质量无关，甲的摆长是乙的摆长的4倍，那么甲的周期就是乙的周期的2倍，频率是1/2，所以甲振动5次，同时乙振动10次。七、板书设计11.4单摆单摆的回复力：F=lmgx/方向与位移方向相反影响单摆周期的因素：摆长单摆与摆长的关系：与L成正比单摆的周期：T=gl/2π