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《单摆》精品教案
一、教学目标
1.构建单摆的物理模型,知道单摆是一种理想化的模型;
2.经历探究影响单摆周期的因素,并能从简谐振动推导出单摆周期公式;
3.建立单摆与简谐振动的关联。
二、教学重难点
教学重点:单摆回复力形成的理解和单摆周期公式的理解及应用
教学难点:单摆做简谐运动条件的理解和证明
【学习方法】
1.观察法:通过观察物理情境和事物建立物理模型;
2.问题导向法:通过问题的解答串起学习的过程;
3.探究法:基于物理问题进行实验探究的过程和方法。
三、教学过程设计
教学环节和内容
教师活动
学生活动
基于课标、素养的
设计意图
【创设情景引入课堂】
从荡秋千等真实情境引入课堂。
回荡的秋千、来回运动的钟摆都属于摆动,它们有什么共同的特征?
体验、观察、思考、讨论。
引导学生通过真实情境建立物理知识与实际的联系。
【伽利略的发现】
讲述伽利略发现单摆的秘密的故事
引导学生从伽利略的角度进行思考,提出“如果是在座的同学们,你有什么办法验证自己的想法?”。
聆听,思考,表达
通过物理学史的介绍,渲染氛围,让学生代入到角色中,从而培养科技探索的使命感。
【建立单摆的概念】
从吊灯模型建立单摆的概念
引导学生从吊灯一步步提炼出单摆的模型
观察、思考、交流
让学生体验物理建模的过程,并提出理想模型的作用和特征。
【实验探究】
用DIS力传感器探究影响单摆的周期的因素
引导学生通过控制变量法研究决定单摆周期的因素。
①保持绳长不变,测量并比较不同质量的塑料球和钢球的周期;
②保持小球的质量不变,改变绳子的长度,比较不同长度的摆绳对应的单摆周期。
③保持绳长和小球质量不变,改变摆幅,比较不同摆幅的周期。
思考、讨论、做图、体验
引导学生在操作实验之前先制定方案,理解实验原理,培养学生的探究素养。
学生通过探究得到单摆与摆球的质量m以及摆幅均无关,只与摆长有关,体验深刻。
【验证单摆周期公式】
通过实验验证单摆的周期公式:
引导学生通过实验验证单摆的周期
观察,思考
让学生通过实验事实验证单摆公式。形成实事求是的科学态度。
【单摆与简谐振动的关系】
通过近似法推导出单摆的回复力,并发现回复力与弹簧振子相同,跟摆幅成正比,因此把单摆与简谐振子联系起来。并通过单摆公式推导出简谐振子的周期公式。
提出任务,通过问题引导带领学生进行推导。
思考、演算、回答问题
让学生形成知识间关联的习惯,培养知识迁移的能力。
【描绘单摆的振动图像】
播放实验视频:描绘单摆的振动图像。
观察、思考
通过观察实验,发现单摆的振动图像为正(余)弦图像,进一步加强单摆与简谐振动的关联。
【实践与拓展】
制作秒摆
引导学生通过推导和演算,得到秒摆的摆绳长度。
运算,并制作秒摆
提升学生的实践能力
【物理之美】
观察各种美妙的单摆
引导学生观察单摆
观察、交流
引导学生发现物理之美,鼓励学生用物理的眼光观察事物。
【板书设计】
1.单摆的条件:小球可以看作质点,摆绳长度不可伸缩,质量可忽略不计,长度较长。
2.单摆摆角很小时可以看作简谐运动;
3.单摆做简谐运动时的周期公式:
课后篇巩固提升
必备知识基础练
1.已知单摆a完成10次全振动的时间内,单摆b完成6次全振动,两摆长之差为1.6m,则两单摆长la与lb分别为()
A.la=2.5m,lb=0.9m
B.la=0.9m,lb=2.5m
C.la=2.4m,lb=4.0m
D.la=4.0m,lb=2.4m
解析设两个单摆的周期分别为Ta和Tb。由题意,10Ta=6Tb得Ta∶Tb=3∶5。根据单摆周期公式T=2πlg,可知l=g4π2T2,由此得la∶lb=Ta2∶Tb2=9∶25,则la=925-
lb=2525-9×1.6m=2.5
答案B
2.下列关于单摆周期的说法正确的是()
A.用一个装满沙的漏斗和长细线做成一个单摆,在摆动时沙从漏斗中缓慢漏出,周期不变
B.只将摆球的质量增大,单摆振动周期增大
C.将摆由赤道移到北极,单摆振动周期减小
D.将单摆的摆角由3°增加到5°(不计空气阻力),单摆的周期减小
解析沙从漏斗中缓慢漏出时,等效摆长变化,周期变化,选项A错误;单摆的振动周期与摆球的质量无关,选项B错误;摆由赤道移到北极,重力加速度增大,则周期减小,选项C正确;在摆角很小时,单摆的周期与摆角大小无关,选项D错误。
答案C
3.对于做简谐运动的单摆,下列说法正确的是()
A.在位移为正的区间,速度和加速度都一定为负
B.当位移逐渐增大时,回复力逐渐增大,振动的能量也逐渐增大
C.摆球经过平衡位置时,速度最大,势能最小,摆线所受拉力最大
D.摆球在最大位移处时,速度为零,处于平衡状态
解析在位移为正的区
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