2.4 单摆 教学设计（表格式）
文档属性
| 名称 | 2.4 单摆 教学设计（表格式） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 23.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-01-25 20:07:07 | ||
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文档简介
单摆 教学设计
课 题 单摆
课时安排 1节课 课前准备
教材内容 分 析 知识地位：单摆是高中物理中的重点内容，是机械振动的一个特例。对单摆的研究有助于解决实际问题，如调准钟摆等。在教材中，单摆通常安排在简谐运动、振幅、周期、频率和简谐运动图像等知识点之后，符合学生的认知规律。 教学目标：通过学习单摆，学生应能理解单摆振动的特点及做简谐振动的条件，掌握单摆的振动周期。同时，培养学生的实验观察能力、分析归纳能力以及用控制变量法研究物理问题的能力。 教学内容：单摆的组成、单摆回复力的形成、单摆的周期及单摆的等时性等知识点是本节内容的重要组成部分。其中，单摆的周期是教学的重点和难点。通过探究单摆的周期，可以使学生领悟用“控制变量”方法来研究物理问题。
设计理念 以学生发展为本：教学设计应注重学生的主体地位，关注学生的发展需求，激发学生的学习兴趣和积极性，促进学生主动学习。 突出实验性：单摆作为一个实验性很强的物理模型，教学设计应注重实验教学，尽可能多地让学生动手操作，亲身体验单摆的运动规律和特点，培养学生的实践能力和科学探究精神。 倡导探究性学习：教学设计应倡导探究性学习，创设问题情境，引导学生发现问题、提出问题、解决问题，培养学生的创新思维和解决问题的能力。 整合多种教学资源：教学设计应整合多种教学资源，包括教材、实验器材、多媒体课件等，丰富教学内容和方式，提高教学效果和质量。
学情分析 1. 学生的知识储备：在学习单摆之前，学生已经学习了简谐运动、振幅、周期、频率等知识点。这些知识为学习单摆奠定了基础。同时，学生还应该具备基本的数学知识和实验操作能力，以便更好地理解单摆的周期公式和实验操作。 2. 学生的实验能力：在学习单摆时，学生需要进行实验探究。学生应该具备基本的实验操作能力和观察能力，能够正确使用实验器材，记录数据，分析归纳实验结果。此外，学生还需要掌握控制变量法等科学探究方法，以便更好地探究单摆的周期与什么因素有关。 3. 学生的学习态度：学生对单摆的学习态度应该积极向上，认真听讲，积极参与课堂讨论和实验探究。同时，学生还需要具备自主学习的能力和习惯，以便在课后自主复习和巩固所学知识。 4. 学生的认知规律：在学习单摆时，学生应该遵循从感性认识到理性认识的认知规律。首先通过观察单摆的振动和实验数据，了解单摆的周期与什么因素有关；然后通过分析和归纳，理解单摆的振动特点和做简谐振动的条件；最后运用所学知识解决实际问题。 5. 学生的个体差异：学生的学习能力和认知水平存在差异，因此在学习单摆时表现出不同的学习效果。教师需要关注学生的个体差异，采用分层教学、个性化辅导等方式，帮助每个学生达到最佳的学习效果。
教学目标 一、知识与技能 1．知道什么是单摆。 2．理解摆角很小时单摆的振动是简谐运动。 3．知道单摆的周期跟什么因素有关，了解单摆的周期公式，并能用来进行有关的计算。 二、过程与方法 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．通过单摆做简谐运动条件的教学，体会用近似处理方法来解决物理问题。 3．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。 4．培养学生的观察实验能力、思维能力。 三、情感态度价值观 单摆在小角度情况下做简谐运动，它既有简谐运动的共性，又有其特殊性，理解共性和个性的概念。
教学重难点 【教学重点】 1．了解单摆的构成。 2．知道单摆的回复力的形成。 3．单摆的周期公式。 【教学难点】 1．单摆做简谐运动的条件——摆角小于或等于5°时的振动。 2．单摆振动的回复力是由什么力提供的。 3．单摆振动的周期与什么有关。
教学过程
教学环节（一） 师生活动 1．用投影片出示下列问题： ①什么样的运动叫简谐运动？ 答：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力作用下的振动，叫简谐运动。 ②简谐运动的位移——时间图像具有什么特点？ 答：所有简谐运动的位移时间图像都是正弦或余弦曲线。 ③什么是简谐运动的周期？ 答：做简谐运动的物体完成一次全振动所用的时间，叫做振动的周期。 2．引入： ①讲述故事 1862年，18岁的伽利略离开神学院进入比萨大学学习医学，他的中充满着奇妙的幻想和对自然科学的无穷疑问，一次他在比萨大学忘掉了向上帝祈祷，双眼注视着天花板上悬垂下来摇摆不定的挂灯，右手按着左手的脉搏，口中默默地数着数字，在一般人熟视无睹的现象中，他却第一个明白了挂灯每摆动一次的时间是相等的，于是制作了单摆的模型，潜心研究了单摆的运动规律，给人类奉献了最初的能准确计时的仪器。 ②引入新课：本节课我们就来学习这一理想化模型——单摆
设计意图 复习简谐运动概念，加强学生的知识点回忆，为单摆做铺垫。
教学环节（二） 师生活动 1．什么是单摆 （1）学生阅读课文有关内容。 （2）学生回答什么是单摆。 如果悬挂小球的细线的伸缩和质量可以忽略，线长又比球的直径大得多，这样的装置叫单摆。 （3）激励评价（回答得很好）并提出问题：为什么对单摆有上述限制要求呢？ （4）讲解： ①线的伸缩和质量可以忽略——使摆线有一定的长度而无质量，质量全部集中在摆球上。 ②线长比球的直径大得多，可把摆球当作一个质点，只有质量无大小，悬线的长度就是摆长。 （5）总结：通过上述学习，我们知道单摆是实际摆的理想化的物理模型。 2．单摆的摆动 （1）介绍单摆的平衡位置。 ①出示一个单摆。 ②分析：当摆球静止在O点时，摆球受到哪些力的作用？这些力有什么关系？ ③抽学生回答：摆球受到重力G和悬线的拉力作用，这二个力是平衡的。 ④教师强调总结：当摆球静止于O点时，摆球受到的重力G和悬线的拉力Ｆ’彼此平衡，O点就是单摆的平衡位置。 （2）单摆的摆动 ①演示：用力将摆球拉离平衡位置，使摆线与竖直方向成一角度，然后释放，并用CAI课件模拟。 ②提问：同学们认为摆球做什么运动？ ③学生可能答：以悬挂点为圆心在竖直平面内做圆弧运动。 学生还可能答：摆球以平衡位置O为中心振动。 ④教师总结，摆球沿着以平衡位置O为中点的一段圆弧做往复运动，这就是单摆的振动。 ⑤问：是什么原因导致摆球以平衡位置O为中点的一段圆弧做往复运动呢？ 用CAI课件模拟摆球所做的运动。 分析：（如图甲） 摆球被拉到位置a时，摆球受到重力mg，绳的拉力F’，且mg与拉力F’不再平衡，所以摆球在这两个力的共同作用下，将沿以O为中点的一段圆弧做往复运动。 3．关于单摆的回复力 ①老师说明：在研究摆球沿圆弧的运动情况时，要以不考虑与摆球运动方向垂直的力，而只考虑沿摆球运动方向的力，如图乙所示。 ②因为F’垂直于v，所以，我们可将重力G分解到速度v的方向及垂直于v的方向。且G1＝Gsinθ＝mgsinθ；G2＝Gcosθ＝mgcosθ。 ③说明：正是沿运动方向的合力G1＝mgsinθ提供了摆球摆动的回复力。 5．关于单摆做简谐运动的条件 ①推导：在摆角很小时， 又回复力F＝mgsinθ，所以F＝mg（x表示摆球偏离平衡位置的位移，表示单摆的摆长） （注意：的得出教师应该利用上图进行具体的推导，以便学生理解。） 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像是正弦（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，它振动的图像也是正弦或余弦曲线。 ⑤做沙摆实验，并用实物投影仪投影——漏斗的漏砂落到匀速拉动的硬纸板上形成的图像是简谐运动的图像。 ⑥总结：从理论上和实际得到的图像中均可看出：在摆角很小的情况下，单摆做简谐运动。
设计意图 设计在该环节的技术应用合理。同样需要考虑到技术应用能满足教学、能创新教学环节、能符合学生学情等一些列问题。
教学环节 （三） 师生活动 3．单摆振动的周期 （1）提出问题：决定单摆振动的周期的因素有哪些？ （2）学生进行猜想 单摆振动的周期可能与振幅、摆球质量、摆长、重力加速度及空气阻力有关。 （3）教师说明：在摆角很小时，空气阻力较小，可以忽略。 （4）学生分组做对比实验 ①对比实验 甲组：当摆长为1m时，使振幅A1＝8cm，测出单摆的周期T1。 乙组：当摆长为1m时，使振幅A2＝5cm，测出单摆的周期T2。 ②对比实验 甲组：当摆长为1m时，使摆球质量为m，测出单摆的周期T2。 乙组，当摆长为1m时，用橡皮泥均匀地粘在摆球周围，测出单摆的周期T2’。 ③对比实验 甲组：当摆长为1m时，使用一定的质量的摆球，测出单摆的周期T3。 乙组：当摆长为0.64m时，使用和甲组质量相同的摆球，测出单摆的周期T3’。 ④对比实验 甲组：单摆的摆球用铁球（质量为m）；测出单摆的周期T4。 乙组：在甲组单摆摆球的平衡位置下方放一块磁铁（相当于重力加速度增大）测出单摆的周期T4’。 ⑤各组对实验结果分析比较后，总结得到：单摆摆动的周期与单摆的振幅无关，与单摆的摆长、重力加速度有关。 ⑥教师讲： 荷兰物理学家惠更斯研究了单摆的摆动，定量得到：单摆的周期，即单摆振动时具有如下规律： a.单摆的振动周期与振幅的大小无关——单摆的等时性。 b.单摆的振动周期与摆球的质量无关。 c.单摆的振动周期与摆长的平方根成正比。 d.单摆的振动周期与重力加速度的平方根成反比。
板书设计 单摆 回复力 实验探究
课件设计
教学反思 教学内容的掌握情况：反思学生对单摆相关概念和原理的掌握情况，是否能够理解单摆的周期公式、单摆的摆动规律等重点内容，以及是否能够运用所学知识解决实际问题。 教学方法的有效性：评估所采用的教学方法是否有效，是否能够激发学生的学习兴趣和积极性，促进学生的主动学习。同时，也要思考如何改进教学方法，提高教学效果。 实验教学的效果：反思实验教学的效果，包括实验设计、实验操作、实验结果分析等方面。评估学生在实验中的表现和收获，以及实验对于学生理解单摆原理的作用。 学生的参与度与反馈：关注学生在课堂上的参与度，思考如何提高学生的参与度和互动性。同时，也要重视学生的反馈意见，了解学生对教学的满意度和建议，以便进一步完善教学。 教学目标的达成情况：评估教学目标的达成情况，思考是否达到了预期的教学目标，如提高学生的物理学科素养、培养学生的实验能力和科学探究精神等。 课程资源的利用情况：反思对课程资源的利用情况，包括教材、实验器材、多媒体课件等。评估课程资源的充足性和有效性，思考如何进一步优化课程资源的配置和使用。 自身的教学成长：作为教师，也要关注自身的教学成长和进步。反思教学中存在的不足和问题，寻求改进和提升的方法，提高自己的教学水平和专业素养。 通过以上方面的反思和总结，可以不断优化单摆教学，提高教学效果和质量，更好地培养学生的物理学科素养和思维能力。同时，也有助于自身的专业成长和发展。
课 题 单摆
课时安排 1节课 课前准备
教材内容 分 析 知识地位：单摆是高中物理中的重点内容，是机械振动的一个特例。对单摆的研究有助于解决实际问题，如调准钟摆等。在教材中，单摆通常安排在简谐运动、振幅、周期、频率和简谐运动图像等知识点之后，符合学生的认知规律。 教学目标：通过学习单摆，学生应能理解单摆振动的特点及做简谐振动的条件，掌握单摆的振动周期。同时，培养学生的实验观察能力、分析归纳能力以及用控制变量法研究物理问题的能力。 教学内容：单摆的组成、单摆回复力的形成、单摆的周期及单摆的等时性等知识点是本节内容的重要组成部分。其中，单摆的周期是教学的重点和难点。通过探究单摆的周期，可以使学生领悟用“控制变量”方法来研究物理问题。
设计理念 以学生发展为本：教学设计应注重学生的主体地位，关注学生的发展需求，激发学生的学习兴趣和积极性，促进学生主动学习。 突出实验性：单摆作为一个实验性很强的物理模型，教学设计应注重实验教学，尽可能多地让学生动手操作，亲身体验单摆的运动规律和特点，培养学生的实践能力和科学探究精神。 倡导探究性学习：教学设计应倡导探究性学习，创设问题情境，引导学生发现问题、提出问题、解决问题，培养学生的创新思维和解决问题的能力。 整合多种教学资源：教学设计应整合多种教学资源，包括教材、实验器材、多媒体课件等，丰富教学内容和方式，提高教学效果和质量。
学情分析 1. 学生的知识储备：在学习单摆之前，学生已经学习了简谐运动、振幅、周期、频率等知识点。这些知识为学习单摆奠定了基础。同时，学生还应该具备基本的数学知识和实验操作能力，以便更好地理解单摆的周期公式和实验操作。 2. 学生的实验能力：在学习单摆时，学生需要进行实验探究。学生应该具备基本的实验操作能力和观察能力，能够正确使用实验器材，记录数据，分析归纳实验结果。此外，学生还需要掌握控制变量法等科学探究方法，以便更好地探究单摆的周期与什么因素有关。 3. 学生的学习态度：学生对单摆的学习态度应该积极向上，认真听讲，积极参与课堂讨论和实验探究。同时，学生还需要具备自主学习的能力和习惯，以便在课后自主复习和巩固所学知识。 4. 学生的认知规律：在学习单摆时，学生应该遵循从感性认识到理性认识的认知规律。首先通过观察单摆的振动和实验数据，了解单摆的周期与什么因素有关；然后通过分析和归纳，理解单摆的振动特点和做简谐振动的条件；最后运用所学知识解决实际问题。 5. 学生的个体差异：学生的学习能力和认知水平存在差异，因此在学习单摆时表现出不同的学习效果。教师需要关注学生的个体差异，采用分层教学、个性化辅导等方式，帮助每个学生达到最佳的学习效果。
教学目标 一、知识与技能 1．知道什么是单摆。 2．理解摆角很小时单摆的振动是简谐运动。 3．知道单摆的周期跟什么因素有关，了解单摆的周期公式，并能用来进行有关的计算。 二、过程与方法 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．通过单摆做简谐运动条件的教学，体会用近似处理方法来解决物理问题。 3．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。 4．培养学生的观察实验能力、思维能力。 三、情感态度价值观 单摆在小角度情况下做简谐运动，它既有简谐运动的共性，又有其特殊性，理解共性和个性的概念。
教学重难点 【教学重点】 1．了解单摆的构成。 2．知道单摆的回复力的形成。 3．单摆的周期公式。 【教学难点】 1．单摆做简谐运动的条件——摆角小于或等于5°时的振动。 2．单摆振动的回复力是由什么力提供的。 3．单摆振动的周期与什么有关。
教学过程
教学环节（一） 师生活动 1．用投影片出示下列问题： ①什么样的运动叫简谐运动？ 答：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力作用下的振动，叫简谐运动。 ②简谐运动的位移——时间图像具有什么特点？ 答：所有简谐运动的位移时间图像都是正弦或余弦曲线。 ③什么是简谐运动的周期？ 答：做简谐运动的物体完成一次全振动所用的时间，叫做振动的周期。 2．引入： ①讲述故事 1862年，18岁的伽利略离开神学院进入比萨大学学习医学，他的中充满着奇妙的幻想和对自然科学的无穷疑问，一次他在比萨大学忘掉了向上帝祈祷，双眼注视着天花板上悬垂下来摇摆不定的挂灯，右手按着左手的脉搏，口中默默地数着数字，在一般人熟视无睹的现象中，他却第一个明白了挂灯每摆动一次的时间是相等的，于是制作了单摆的模型，潜心研究了单摆的运动规律，给人类奉献了最初的能准确计时的仪器。 ②引入新课：本节课我们就来学习这一理想化模型——单摆
设计意图 复习简谐运动概念，加强学生的知识点回忆，为单摆做铺垫。
教学环节（二） 师生活动 1．什么是单摆 （1）学生阅读课文有关内容。 （2）学生回答什么是单摆。 如果悬挂小球的细线的伸缩和质量可以忽略，线长又比球的直径大得多，这样的装置叫单摆。 （3）激励评价（回答得很好）并提出问题：为什么对单摆有上述限制要求呢？ （4）讲解： ①线的伸缩和质量可以忽略——使摆线有一定的长度而无质量，质量全部集中在摆球上。 ②线长比球的直径大得多，可把摆球当作一个质点，只有质量无大小，悬线的长度就是摆长。 （5）总结：通过上述学习，我们知道单摆是实际摆的理想化的物理模型。 2．单摆的摆动 （1）介绍单摆的平衡位置。 ①出示一个单摆。 ②分析：当摆球静止在O点时，摆球受到哪些力的作用？这些力有什么关系？ ③抽学生回答：摆球受到重力G和悬线的拉力作用，这二个力是平衡的。 ④教师强调总结：当摆球静止于O点时，摆球受到的重力G和悬线的拉力Ｆ’彼此平衡，O点就是单摆的平衡位置。 （2）单摆的摆动 ①演示：用力将摆球拉离平衡位置，使摆线与竖直方向成一角度，然后释放，并用CAI课件模拟。 ②提问：同学们认为摆球做什么运动？ ③学生可能答：以悬挂点为圆心在竖直平面内做圆弧运动。 学生还可能答：摆球以平衡位置O为中心振动。 ④教师总结，摆球沿着以平衡位置O为中点的一段圆弧做往复运动，这就是单摆的振动。 ⑤问：是什么原因导致摆球以平衡位置O为中点的一段圆弧做往复运动呢？ 用CAI课件模拟摆球所做的运动。 分析：（如图甲） 摆球被拉到位置a时，摆球受到重力mg，绳的拉力F’，且mg与拉力F’不再平衡，所以摆球在这两个力的共同作用下，将沿以O为中点的一段圆弧做往复运动。 3．关于单摆的回复力 ①老师说明：在研究摆球沿圆弧的运动情况时，要以不考虑与摆球运动方向垂直的力，而只考虑沿摆球运动方向的力，如图乙所示。 ②因为F’垂直于v，所以，我们可将重力G分解到速度v的方向及垂直于v的方向。且G1＝Gsinθ＝mgsinθ；G2＝Gcosθ＝mgcosθ。 ③说明：正是沿运动方向的合力G1＝mgsinθ提供了摆球摆动的回复力。 5．关于单摆做简谐运动的条件 ①推导：在摆角很小时， 又回复力F＝mgsinθ，所以F＝mg（x表示摆球偏离平衡位置的位移，表示单摆的摆长） （注意：的得出教师应该利用上图进行具体的推导，以便学生理解。） 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像是正弦（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，它振动的图像也是正弦或余弦曲线。 ⑤做沙摆实验，并用实物投影仪投影——漏斗的漏砂落到匀速拉动的硬纸板上形成的图像是简谐运动的图像。 ⑥总结：从理论上和实际得到的图像中均可看出：在摆角很小的情况下，单摆做简谐运动。
设计意图 设计在该环节的技术应用合理。同样需要考虑到技术应用能满足教学、能创新教学环节、能符合学生学情等一些列问题。
教学环节 （三） 师生活动 3．单摆振动的周期 （1）提出问题：决定单摆振动的周期的因素有哪些？ （2）学生进行猜想 单摆振动的周期可能与振幅、摆球质量、摆长、重力加速度及空气阻力有关。 （3）教师说明：在摆角很小时，空气阻力较小，可以忽略。 （4）学生分组做对比实验 ①对比实验 甲组：当摆长为1m时，使振幅A1＝8cm，测出单摆的周期T1。 乙组：当摆长为1m时，使振幅A2＝5cm，测出单摆的周期T2。 ②对比实验 甲组：当摆长为1m时，使摆球质量为m，测出单摆的周期T2。 乙组，当摆长为1m时，用橡皮泥均匀地粘在摆球周围，测出单摆的周期T2’。 ③对比实验 甲组：当摆长为1m时，使用一定的质量的摆球，测出单摆的周期T3。 乙组：当摆长为0.64m时，使用和甲组质量相同的摆球，测出单摆的周期T3’。 ④对比实验 甲组：单摆的摆球用铁球（质量为m）；测出单摆的周期T4。 乙组：在甲组单摆摆球的平衡位置下方放一块磁铁（相当于重力加速度增大）测出单摆的周期T4’。 ⑤各组对实验结果分析比较后，总结得到：单摆摆动的周期与单摆的振幅无关，与单摆的摆长、重力加速度有关。 ⑥教师讲： 荷兰物理学家惠更斯研究了单摆的摆动，定量得到：单摆的周期，即单摆振动时具有如下规律： a.单摆的振动周期与振幅的大小无关——单摆的等时性。 b.单摆的振动周期与摆球的质量无关。 c.单摆的振动周期与摆长的平方根成正比。 d.单摆的振动周期与重力加速度的平方根成反比。
板书设计 单摆 回复力 实验探究
课件设计
教学反思 教学内容的掌握情况：反思学生对单摆相关概念和原理的掌握情况，是否能够理解单摆的周期公式、单摆的摆动规律等重点内容，以及是否能够运用所学知识解决实际问题。 教学方法的有效性：评估所采用的教学方法是否有效，是否能够激发学生的学习兴趣和积极性，促进学生的主动学习。同时，也要思考如何改进教学方法，提高教学效果。 实验教学的效果：反思实验教学的效果，包括实验设计、实验操作、实验结果分析等方面。评估学生在实验中的表现和收获，以及实验对于学生理解单摆原理的作用。 学生的参与度与反馈：关注学生在课堂上的参与度，思考如何提高学生的参与度和互动性。同时，也要重视学生的反馈意见，了解学生对教学的满意度和建议，以便进一步完善教学。 教学目标的达成情况：评估教学目标的达成情况，思考是否达到了预期的教学目标，如提高学生的物理学科素养、培养学生的实验能力和科学探究精神等。 课程资源的利用情况：反思对课程资源的利用情况，包括教材、实验器材、多媒体课件等。评估课程资源的充足性和有效性，思考如何进一步优化课程资源的配置和使用。 自身的教学成长：作为教师，也要关注自身的教学成长和进步。反思教学中存在的不足和问题，寻求改进和提升的方法，提高自己的教学水平和专业素养。 通过以上方面的反思和总结，可以不断优化单摆教学，提高教学效果和质量，更好地培养学生的物理学科素养和思维能力。同时，也有助于自身的专业成长和发展。