2.3 单摆 教学设计（表格式）

《单摆》教学设计
【课题】单摆
【教材】粤教版高中选择性必修一第二章第三节
【教学时间】40分钟
【教学对象】高中二年级学生
【教学内容分析】
1.课程标准对本节的要求:
通过实验，探究单摆的周期与摆长的定量关系。知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。
根据对课标的分析，本节课应侧重于影响单摆周期因素的实验探究环节，通过实验启发学生分析决定单摆周期的相关因素，再利用实验探究总结出结论，提出单摆周期公式，充分体现物理学科以实验为基础的特点，并逐步提高学生自主学习能力。
2.教材的地位和作用:
本节课《单摆》是粤教版高中选择性必修一第一章第三节的内容, “单摆”是机械振动的重要内容之一，粤教版中将其分为两节分别为单摆和用单摆测量重力加速度，本节课仅学习“单摆”这一节的内容。本节是简谐运动的实例应用，是简谐运动相关知识的典型应用载体，对单摆的学习能加深对简谐运动特征的认知，同时也能为后面学习阻尼振动、受迫振动和机械波打下基础。因此，本节课具有承上启下的作用，在本章中占有重要的地位，既是本章的核心内容又是本章的教学重点。
【学生情况分析】
1.学生的知识基础
高二学生已经掌握了简谐运动的相关知识，具备数学上的基础，能够熟练运用控制变量法和计算机软件进行实验，符合学生的认知发展规律。但高二学生的实验操作能力仍略有欠缺，难以熟练应用计算机软件进行数据处理，即学生实验探究能力尚有欠缺，易形成学习障碍。
2.学生的心理特点
高二的学生具有好奇、好动、好强的心理特点，且能够积极主动地参与教学活动的特点，有一定的抽象思维和分析解决问题的能力。教学中要注意充分发挥探究实验的作用,调动学生学习的积极性和主动性。
【教学目标】
物理观念
理解摆长、摆角、周期、振幅等概念；
知道单摆的周期跟什么因素有关，了解单摆的周期公式；
知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系；
2.科学思维
（1）能根据生活中大量的摆动原形，通过与弹簧振子做类比，构建“单摆”的理想化模型；
（2）能从单摆周期与不同角度的关系，分析得出单摆小角度摆动时具有等时性的规律；
（3）能从单摆等时性的结论，分析出单摆可能做简谐振动；
3.科学探究
（1）观察现象，提出可探究的问题，作出有依据的假设，用控制变量的方法设计探究周期与质量、周期与摆长关系的方案；
（2）对观察到的摆角与周期数据进行分析，形成周期与摆角关系的结论；
4.科学态度与责任
（1）在实验探究的过程中，培养兴趣和求知欲，体验战胜困难、解决物理问题时的喜悦；
（2）养成实事求是、尊重自然规律的科学态度，学会通过科学方法解决问题。
【教学重点】
探究单摆周期的实验设计与实施及单摆周期公式的理解
【教学难点】
确定单摆是简谐运动的研究以及对回复力的分析
【教学策略设计】
本节课在教学的指导思想上，始终坚持“教师为主导，学生为主体”的原则，通过教师创设问题情境和有效的设问引导，让学生亲历物理知识的构建过程。
1.教学方法
综合应用实验演示、讲授、谈话和讨论等多种方法,且与信息技术深度融合,把教学过程设计成以观察实验和已有知识为基础，以问题为主线的师生对话交流的过程。
2.学法指导
在学法指导上，让学生尝试自己观察思考、描述实验现象，分析概括，得出物理规律，使学生在获取知识过程中，领会物理学的研究方法，受到科学思维方法训练以及协作精神、探索精神等情感态度价值观教育。
【教学用具】
细绳；粗绳；橡皮筋；乒乓球；铁球；沙漏摆；安装了Phyphox软件的手机；电脑；多媒体投影和大屏幕设备。
【教学流程图】
【教学过程设计】
教学环节和教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
【知识回顾】 利用希沃游戏回顾简谐运动相关知识点 引导学生思考、回顾已学知识 思考 积极参与 为新课教学做必要的知识准备
【新课导入】 展示图片、播放视频 单杠上运动员摆动； 吊灯摆动；海盗船； 荡秋千；摆钟 引导学生回忆情景，观察图片、视频情境特点 提问学生： 1、物理学的研究总是从简单到复杂，今天我们先来研究最简单的摆动。前面各种摆动中哪个最简单？ 观察现象 认真思考并回答问题 期待回答： 吊灯和摆钟 创设物理情境，用熟悉的情景作为载体，激发学生的学习兴趣和探索欲，让学生带着问题进入课堂。
【探究一：单摆模型的建立】 演示实验： 演示四种“绳+球”组合摆动 师生共同分析现象 “细绳+乒乓球”：乒乓球摆动时空气阻力的影响很明显，很快就停下来，因此，小球的密度要大，如用铁球。 “铁球+橡皮筋”：铁球在运动时既有摆动，又有沿橡皮筋方向的伸缩，因此，绳子不能有弹性。 “铁球+粗绳”：绳子的质量比较大，运动时各部份速度大小不同，动能很难计算，因此，最好能够用质量可忽略的绳子，如细绳。 “铁球+短线”：球在运动时既有摆动，也有相对绳子下端（与球连接处）的转动，与绳子相比，小球已经不“小”。 提问学生： 为什么这个摆动最简单？它们的装置有什么共同特点？这个摆动是否还可以简化？ 提出问题： 前面我们用理想化的方法得到了弹簧振子模型，类似的，这些实际摆的运动是比较复杂的，而我们物理学上要研究它的运动规律，就要采用突出主要因素，忽略次要因素的方法，把它抽象成理想化模型。我们把理想化的最简单的摆称为单摆，那么它的条件是什么？ 期待回答： 都有一个固定的点、有绳、有重物；可以简化为“绳+球”组合模型 期待回答： 一是忽略空气阻力的影响；二是不计绳子的质量； 三是小球可看成质点； 四是绳子无弹性。 运用相互作用观念和能量观念， 抽象出单摆模型。 通过提问、引导、分析，得到单摆理想化的条件，同时也有助于学生理解什么是单摆。
【探究二：单摆的运动性质】 分析单摆结构，做出假设： 单摆做的是简谐运动 从实验角度验证猜想 师生共同设计实验方案 小组实验：沙漏摆实验 学生进行实验的同时教师利用手机摄像功能，“直播”演示实验 从动力学角度验证猜想 学以致用 播放视频：太空单摆实验 在太空中没有重力影响，拉起小球后放手，小球会停在原位置，不产生摆动。 提出问题： 细线固定在某个点，下面挂一个小球，在摆动过程中不考虑线的收缩。当把小球从θ角处由静止释放，它将以O点为对称点往复运动，即做机械振动。那它是不是在做最简单、最基本的简谐运动呢？如何验证？ 提出问题： 1、老师准备了沙摆、白纸，如何获得单摆的振动图像(x-t图)？ 2、白纸应该怎么铺？ 3、为什么要匀速抽出白纸？ 引导学生进行实验操作，观察并思考实验现象 提出问题： 1、单摆在振动过程中受哪些力？ 2、是否是这两个力的合力提供回复力？ 3、那是谁提供了回复力？ 4、回复力的大小和方向有什么特点？ 教师强调推导中用到的两个近似成立的条件为摆角很小，即当 <5°时，单摆振动是一种简谐运动 引导学生思考太空单摆实验原理 期待回答： 画出位移-时间图像看是否是正弦曲线；看单摆受到的回复力是否满足 期待回答： 1、让沙摆振动起来，下面铺上白纸记录振动图像。 2、白纸应该与单摆的振动方向垂直，将白纸匀速抽出。 3、要保证时间均匀变化。 进行实验，观察获得的振动图像，认真思考 期待回答： 1、重力、拉力 2、重力沿切线方向的分力。 3、回复力总是指向平衡位置，而重力的切向分力也总是指向平衡位置。 4、大小为，方向沿圆弧切线方向 认真观察、思考实验现象 通过提问、分析，掌握证明简谐运动的两种方法。 通过实验，切实观察单摆的振动图像，掌握获得振动图像的方法。 通过受力分析，回复力概念的理解，知道单摆模型中谁提供向心力，谁提供回复力，进一步明确力与运动的关系。 培养学生灵活运用知识解释物理现象的能力
【探究三：单摆的周期】 播放视频：小球的单摆运动 演示实验（直播手机屏幕）： 利用相同质量的铁球改变其摆长探究周期与摆长关系 将细绳一端固定在铁架台上,另一端固定铁球上,做成一个摆。将打开Phyphox软件的手机放置在铁架台上,让铁球偏离平衡位置一个较小角度，点击运行按钮，放手后，Phyphox应用软件自动记录单摆的周期。再用Excel作T-L、T-L 、T-图，进行数据拟合。 展示图片：分别改变振幅、质量、重力加速度时的结果图 确定单摆周期公式 提出问题： 1、那么单摆在做简谐运动过程中，周期与哪些因素有关呢？ 2、回复力与重力加速度有关，那周期是否也与重力加速度有关呢？ 3、那如何探究振幅、质量、摆长、重力加速度与周期之间的关系呢？应该采用什么样的实验方法呢？ 提问学生： 根据数据画出了T-L图象，依据图像，你们认为T与L有何关系呢？ 教师对T-图用直线进行拟合，得到拟合直线 师生共同总结： 非常接近过原点，考虑误差 因素，可认为T与成正比 引导学生对结果图进行分析，得出结论：单摆周期与振幅、质量无关，重力加速度对单摆的周期也有影响，当重力加速度变大时，周期变小。 荷兰物理学家惠更斯研究了单摆的摆动，定量得到：单摆做简谐运动的周期T跟摆长L的二次方根成正比，跟重力加速度g的二次方根成反比，跟振幅、摆球的质量无关。 期待回答： 1、可能与振幅、小球质量、摆长有关 2、可能有关 3、控制变量法。用两个单摆，控制其它量不变，分别改变振幅、摆长、质量、重力加速度。 期待回答： 因为不是直线，所以找不到T与L关系，可以尝试画 T-L 、T-图象 对实验结果进 行分析 让学生经历猜想假设、设计实验、实验探究、合理外推的实验探究过程。 通过实验现象，切实感受摆长、重力加速度对周期的影响。 对实验数据进 行分析，用计算机数据拟合图像，培养学生数据分析、合作交流等科学探究能力 提高学生的科学探究能力
【小结巩固】 课堂小结 师生共同总结所学内容，教师投影本节思维导图 巩固练习 青鹿平台布置练习题 设置3道练习题，考察知识点分别为单摆模型、单摆的运动性质、单摆的周期 引导学生总结本堂课所学习内容，让学生分享收获 统计学生作答情况，根据学生作答情况进行题目的讲解 课题总结，构建自己的知识体系，主动分享收获。 认真答题，巩固所学知识 帮助学生回顾本节课所学内容，加深理解。 帮助教师了解学情，帮助学生巩固提高。
【板书设计】