?《單擺》教學設計【課題】單擺【教材】粵教版高中選擇性必修一第二章第三節【教學時間】40分鐘【教學對象】高中二年級學生【教學內容分析】1.課程標準對本節的要求:通過實驗，探究單擺的周期與擺長的定量關系。知道單擺周期與擺長、重力加速度的關系。根據對課標的分析，本節課應側重于影響單擺周期因素的實驗探究環節，通過實驗啟發學生分析決定單擺周期的相關因素，再利用實驗探究總結出結論，提出單擺周期公式，充分體現物理學科以實驗為基礎的特點，并逐步提高學生自主學習能力。2.教材的地位和作用:本節課《單擺》是粵教版高中選擇性必修一第一章第三節的內容,“單擺”是機械振動的重要內容之一，粵教版中將其分為兩節分別為單擺和用單擺測量重力加速度，本節課僅學習“單擺”這一節的內容。本節是簡諧運動的實例應用，是簡諧運動相關知識的典型應用載體，對單擺的學習能加深對簡諧運動特征的認知，同時也能為后面學習阻尼振動、受迫振動和機械波打下基礎。因此，本節課具有承上啟下的作用，在本章中占有重要的地位，既是本章的核心內容又是本章的教學重點。【學生情況分析】1.學生的知識基礎高二學生已經掌握了簡諧運動的相關知識，具備數學上的基礎，能夠熟練運用控制變量法和計算機軟件進行實驗，符合學生的認知發展規律。但高二學生的實驗操作能力仍略有欠缺，難以熟練應用計算機軟件進行數據處理，即學生實驗探究能力尚有欠缺，易形成學習障礙。2.學生的心理特點高二的學生具有好奇、好動、好強的心理特點，且能夠積極主動地參與教學活動的特點，有一定的抽象思維和分析解決問題的能力。教學中要注意充分發揮探究實驗的作用,調動學生學習的積極性和主動性。【教學目標】物理觀念理解擺長、擺角、周期、振幅等概念；知道單擺的周期跟什么因素有關，了解單擺的周期公式；知道單擺周期與擺長、重力加速度的關系；2.科學思維（1）能根據生活中大量的擺動原形，通過與彈簧振子做類比，構建“單擺”的理想化模型；（2）能從單擺周期與不同角度的關系，分析得出單擺小角度擺動時具有等時性的規律；（3）能從單擺等時性的結論，分析出單擺可能做簡諧振動；3.科學探究（1）觀察現象，提出可探究的問題，作出有依據的假設，用控制變量的方法設計探究周期與質量、周期與擺長關系的方案；（2）對觀察到的擺角與周期數據進行分析，形成周期與擺角關系的結論；4.科學態度與責任（1）在實驗探究的過程中，培養興趣和求知欲，體驗戰勝困難、解決物理問題時的喜悅；（2）養成實事求是、尊重自然規律的科學態度，學會通過科學方法解決問題。【教學重點】探究單擺周期的實驗設計與實施及單擺周期公式的理解【教學難點】確定單擺是簡諧運動的研究以及對回復力的分析【教學策略設計】本節課在教學的指導思想上，始終堅持“教師為主導，學生為主體”的原則，通過教師創設問題情境和有效的設問引導，讓學生親歷物理知識的構建過程。1.教學方法綜合應用實驗演示、講授、談話和討論等多種方法,且與信息技術深度融合,把教學過程設計成以觀察實驗和已有知識為基礎，以問題為主線的師生對話交流的過程。2.學法指導在學法指導上，讓學生嘗試自己觀察思考、描述實驗現象，分析概括，得出物理規律，使學生在獲取知識過程中，領會物理學的研究方法，受到科學思維方法訓練以及協作精神、探索精神等情感態度價值觀教育。【教學用具】細繩；粗繩；橡皮筋；乒乓球；鐵球；沙漏擺；安裝了Phyphox軟件的；電腦；多媒體投影和大屏幕設備。【教學流程圖】知識回顧知識回顧希沃游戲回顧簡諧運動知識點探究一：單擺模型的建立探究三：單擺的周期青鹿平臺布置、統計作答情況課堂小結探究二：單擺的運動性質四種“繩+球”組合擺動演示+分析實驗角度：沙漏擺實驗（實時投影）動力學角度鞏固練習新課導入圖片和視頻導入：吊燈擺動、海盜船、蕩秋千、擺鐘、單杠比賽Phyphox單擺實驗、EXCEl作圖多媒體投影思維導圖新課講授小結鞏固【教學過程設計】教學環節和教學內容教師活動學生活動設計意圖【知識回顧】利用希沃游戲回顧簡諧運動相關知識點引導學生思考、回顧已學知識思考積極參與為新課教學做必要的知識準備【新課導入】展示圖片、播放視頻單杠上運動員擺動；吊燈擺動；海盜船；蕩秋千；擺鐘引導學生回憶情景，觀察圖片、視頻情境特點提問學生：1、物理學的研究總是從簡單到復雜，今天我們先來研究最簡單的擺動。前面各種擺動中哪個最簡單？觀察現象認真思考并回答問題期待回答：吊燈和擺鐘創設物理情境，用熟悉的情景作為載體，激發學生的學習興趣和探索欲，讓學生帶著問題進入課堂。【探究一：單擺模型的建立】演示實驗：演示四種“繩+球”組合擺動師生共同分析現象“細繩+乒乓球”：乒乓球擺動時空氣阻力的影響很明顯，很快就停下來，因此，小球的密度要大，如用鐵球。“鐵球+橡皮筋”：鐵球在運動時既有擺動，又有沿橡皮筋方向的伸縮，因此，繩子不能有彈性。“鐵球+粗繩”：繩子的質量比較大，運動時各部份速度大小不同，動能很難計算，因此，最好能夠用質量可忽略的繩子，如細繩。“鐵球+短線”：球在運動時既有擺動，也有相對繩子下端（與球連接處）的轉動，與繩子相比，小球已經不“小”。提問學生：為什么這個擺動最簡單？它們的裝置有什么共同特點？這個擺動是否還可以簡化？提出問題：前面我們用理想化的方法得到了彈簧振子模型，類似的，這些實際擺的運動是比較復雜的，而我們物理學上要研究它的運動規律，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。我們把理想化的最簡單的擺稱為單擺，那么它的條件是什么？期待回答：都有一個固定的點、有繩、有重物；可以簡化為“繩+球”組合模型期待回答：一是忽略空氣阻力的影響；二是不計繩子的質量；三是小球可看成質點；四是繩子無彈性。運用相互作用觀念和能量觀念，抽象出單擺模型。通過提問、引導、分析，得到單擺理想化的條件，同時也有助于學生理解什么是單擺。【探究二：單擺的運動性質】分析單擺結構，做出假設：單擺做的是簡諧運動從實驗角度驗證猜想師生共同設計實驗方案小組實驗：沙漏擺實驗學生進行實驗的同時教師利用攝像功能，“直播”演示實驗從動力學角度驗證猜想學以致用播放視頻：太空單擺實驗在太空中沒有重力影響，拉起小球后放手，小球會停在原位置，不產生擺動。提出問題：細線固定在某個點，下面掛一個小球，在擺動過程中不考慮線的收縮。當把小球從θ角處由靜止釋放，它將以O點為對稱點往復運動，即做機械振動。那它是不是在做最簡單、最基本的簡諧運動呢？如何驗證？提出問題：1、老師準備了沙擺、白紙，如何獲得單擺的振動圖像(xt圖)？2、白紙應該怎么鋪？3、為什么要勻速抽出白紙？引導學生進行實驗操作，觀察并思考實驗現象提出問題：1、單擺在振動過程中受哪些力？2、是否是這兩個力的合力提供回復力？3、那是誰提供了回復力？4、回復力的大小和方向有什么特點？教師強調推導中用到的兩個近似成立的條件為擺角很小，即當θ<5°時，單擺振動是一種簡諧運動引導學生思考太空單擺實驗原理期待回答：畫出位移時間圖像看是否是正弦曲線；看單擺受到的回復力是否滿足F期待回答：1、讓沙擺振動起來，下面鋪上白紙記錄振動圖像。2、白紙應該與單擺的振動方向垂直，將白紙勻速抽出。3、要保證時間均勻變化。進行實驗，觀察獲得的振動圖像，認真思考期待回答：1、重力、拉力2、重力沿切線方向的分力。3、回復力總是指向平衡位置，而重力的切向分力也總是指向平衡位置。4、大小為F=mgsinθ，方向沿圓弧切線方向認真觀察、思考實驗現象通過提問、分析，掌握證明簡諧運動的兩種方法。通過實驗，切實觀察單擺的振動圖像，掌握獲得振動圖像的方法。通過受力分析，回復力概念的理解，知道單擺模型中誰提供向心力，誰提供回復力，進一步明確力與運動的關系。培養學生靈活運用知識解釋物理現象的能力【探究三：單擺的周期】播放視頻：小球的單擺運動演示實驗（直播屏幕）：利用相同質量的鐵球改變其擺長探究周期與擺長關系將細繩一端固定在鐵架臺上,另一端固定鐵球上,做成一個擺。將打開Phyphox軟件的放置在鐵架臺上,讓鐵球偏離平衡位置一個較小角度，點擊運行按鈕，放手后，Phyphox應用軟件自動記錄單擺的周期。再用Excel作TL、TL2、TL圖，進行數據擬合。展示圖片：分別改變振幅、質量、重力加速度時的結果圖確定單擺周期公式T=2提出問題：1、那么單擺在做簡諧運動過程中，周期與哪些因素有關呢？2、回復力與重力加速度有關，那周期是否也與重力加速度有關呢？3、那如何探究振幅、質量、擺長、重力加速度與周期之間的關系呢？應該采用什么樣的實驗方法呢？提問學生：根據數據畫出了TL圖象，依據圖像，你們認為T與L有何關系呢？教師對TL圖用直線進行擬合，得到擬合直線師生共同總結：非常接近過原點，考慮誤差因素，可認為T與L成正比引導學生對結果圖進行分析，得出結論：單擺周期與振幅、質量無關，重力加速度對單擺的周期也有影響，當重力加速度變大時，周期變小。荷蘭物理學家惠更斯研究了單擺的擺動，定量得到：單擺做簡諧運動的周期T跟擺長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、擺球的質量無關。期待回答：1、可能與振幅、小球質量、擺長有關2、可能有關3、控制變量法。用兩個單擺，控制其它量不變，分別改變振幅、擺長、質量、重力加速度。期待回答：因為不是直線，所以找不到T與L關系，可以嘗試畫TL2、TL圖象對實驗結果進行分析讓學生經歷猜想假設、設計實驗、實驗探究、合理外推的實驗探究過程。通過實驗現象，切實感受擺長、重力加速度對周期的影響。對實驗數據進行分析，用計算機數據擬合圖像，培養學生數據分析、合作交流等科學探究能力提高