2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册2.4 单摆 教学设计

课程基本信息
课例编号 学科 物理 年级 高二 学期 上
课题 单摆
教科书 书名：普通高中物理教科书物理选修必修第一册
教学人员
姓名 单位
授课教师
指导教师
教学目标
学习目标 1、知道单摆是一种理想化模型，理解单摆模型的条件，能将实际问题中的对象和过程转化为单摆模型。 2、能通过理论推导，判定单摆小角度振动时的运动特点 3、在探究单摆的周期与摆长的定量关系时，能分析数据、发现规律、形成合理的结论，能用已有的物理知识解释相关现象。 4、知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系，能运用其解决相关实际问题 核心素养目标 1、通过分析单摆运动的动力学特征，促使学生形成经典物理相互作用观。 2、通过从定性和定量两个方面分析单摆的周期与哪些物理量的关系进行归纳推理，提升了学生的科学思维能力。 3、通过设计实验、制定方案、改进方案、应用科技手段获取和处理信息以及基于证据得到结论，培养学生的科学探究能力。 4、通过对单摆周期与摆长定量研究，使学生逐步形成对科学本质的认识，体会物理学是人类有意识的探究而形成的对自然现象的描述和解释，是一项建立在观察和实验基础上的创造性工作。通过使学生应用学到的知识正确解决生活和社会的实际问题，增强学生的成就感和责任感。 教学重点 通过对单摆运动规律和单摆周期公式的探究，单摆简谐运动模型的建立，体会运动与相互作用观念。 教学难点 单摆回复力的判定以及对小角度的近似处理，渗透极限思维。
教学过程
时间 教学环节 主要师生活动
1min 环节一 【课堂引入】 介绍钟摆和秋千的摆动，引入单摆课题。
5min 环节二 【单摆模型的建立】 在细线的一端拴上一个小球，另一端固定在悬点上，如果细线长度不变，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可以忽略，这样的装置叫单摆 培养学生抽象概括能力，忽略次要因素，建立理想模型。
11min 环节三 【探究单摆动力学的特点】 通过类比前面弹簧振子的运动的研究，我们还是从动力学主要从物体的受力特点来研究以及运动学了物体的位移和时间关系两个角度来研究。 通过对摆球进行受力分析，确定单摆的回复力，通过数知识分析，得到，式中x就是摆球偏离平衡位置的位移，负号表示回复力与位移方向相反，mg和l都是恒定的，mg/l可以用一个常量k表示，于是上式写成 ，因此在摆角很小情况下做简谐运动。
4min 环节四 【单摆位移时间图象定性研究】 我们也可以描出单摆运动的位移-时间图象，(视频演示),单摆在小角度运动时，大家可以看单摆运动的位移-时间图象是正弦函数，所以单摆运动是简谐运动。
4min 环节五 【定性探究单摆的周期】 物理学的研究对象真实生活中情景的抽象，同时运用物理规律解决实际问题， 那么猜测下周期与哪些因素有关系？ 大家观察单摆这个装置，很容易会猜到可能与摆长（摆长等于摆线长度加摆球的半径），摆球质量，振幅，……，我们讨论多个物理量影响时， 一般采用什么方法呢？ 保证摆球质量m和摆长l不变，周期T与振幅A的关系？ 我们再保证摆球振幅A和摆长l不变时，周期T与摆球质量m的关系？ 在保证摆球质量m和振幅A不变时，周期T与摆长l的关系？
2min 环节六 【定量讨论单摆周期和摆长的关系】 这节课的学习我们了解摩擦力的相关知识，这样我们就学习完了三种常见作用力，为我们后续学习受力分析、研究运动与力的关系奠定了基础。同时摩擦力产生的机理目前科学界仍然没有弄清楚，期待同学们能够投身于此项研究，为我们物理学的发展做出贡献从上面的实验我们知道，单摆做简谐运动的周期与摆长正相关，那么我们现在定量研究摆长的周期T与摆长l的关系呢？ 下面这张表格数据是单摆做简谐运动周期和摆长的测量数据，从表中数据我分们析下，周期和摆长成什么关系？ 我们猜测一下，T与L成正比？T与L2成正比？…… 我们猜测数数据之间的函数关系一般从最简单开始，从正比例函数，我们通过计算描点T-L的图象，我们可以猜测到这个图象类似x的a次幂的形式，可能是…… 也可能是…… 我们再画T与L的平方根关系图象, 实际上得出这个规律探究，探究的过程要比这复杂的多，我们实际上只是让大家体会探究规律的过程，由于信息技术的发达我们可以通计算机得出T与L的关系
荷兰物理学家惠更斯进行了详尽的研究，首先发现单摆做简谐运动的振动周期T跟摆长L的平方根成正比，跟重力加速度的二次方根成反比，而与振幅、摆球质量无关。 惠更斯发现单摆 1. 惠更斯利用摆的等时性发明了带摆的计时器，摆的周期可以通过改变摆长来调节，计时很方便。 2. 利用单摆的周期和摆长关系可以准确地测定各地的重力加速度。