教育技术学教案.doc

单摆的教案设计
案例名称
单摆
科目
中学物理
教学对象
高三学生
提供者
罗娇林
课时
2个课时
一、教学内容分析
Ⅰ.重难点分析
〔重点〕： 1、单摆振动的回复力
2、单摆的偏解很小时满足简谐运动的条件
3、通过定性分析、实验、数据分析得出单摆周期公式
〔难点〕：单摆振动的回复力
Ⅱ.任务分析
目标之一
目标之二
起点能力：
受力分析
物理建模能力
简谐运动及特征
单摆及其特征
回复力来源分析
单摆振动特征、条件、图象
分析决定单摆周期的相关因素
实验得出周期公式
能运用周期公式解决一些实际问题
目标之三
目标之四
目标之五

二、教学目标（知识、能力、德育）
1、 知识目标
①掌握单摆的构造；
②掌握单摆的回复力是重力沿切线方向的分力，理解求解回复力的过程；
③掌握单摆在偏角很小时可以近似地做简谐运动；
④掌握单摆振动的特点及周期公式。
2、 能力目标
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初步掌握因素分析法，能对问题进行定性分析，会用控制变量法设计探索性实验，并对数据进行分析；
④培养学生的阅读能力，思维能力。
3、 德育目标
①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；
②单摆的回复力是在偏角很小的情况下求得的，如果偏角过大，单摆将不做简谐运动，理解量变和质变的变化；
③初步掌握抓住主要因素，忽略次要因素辨证唯物主义思想；
④对学生进行实事求是的科学思想熏陶。
三、学习者特征分析
1. 学生都是高三的学生；
2. 学生都有一定的自学能力，对知识的理解能力较强；
3. 学生的辩证唯物主义思想能力较强。
四、教学策略选择
问答式教学与演示实验教学相结合
五、教学环境与资源准备
1. 多媒体教学环境
2. 各种教具齐全（两个单摆（摆长相同，质量不同），计算机，大屏幕，自制CAI课件）
六、教学过程
教学过程
教师活动
学生活动
媒体使用
引入新课
在前面我们学习了弹簧振子，知道弹簧振子做简谐运动。那么：物体做简谐运动的条件是什么？
回答的很好，今天我们学习另一种机械振动——单摆的运动。
答：物体做机械振动，受到的回复力大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反。

媒体显示物体做简谐运动的条件。
显示标题：单摆的运动
进行新课
单摆的回复力Ⅰ
把课本打开翻到第14页，阅读前两段。思考：什么是单摆？
学生阅读毕，出示三个摆（1、用橡皮筋充当摆线；2、用粗麻绳充当摆线；3、细线很短。）
问：这三个摆是否是单摆？
认真快速阅读
答：一根细线上端固定，下端系着一个小球，如果悬挂小球的细线的伸长和质量可以忽略，细线的长度又比小球的直径大得多，这样的装置就叫单摆。
生一：不是，橡皮筋的伸长不可忽略
生二：不是，粗麻绳的质量不可忽略
生三：不是，绳长不是远大于小球直径。
媒体显示单摆的概念：
一根细线上端固定，下端系着一个小球，如果悬挂小球的细线的伸长和质量可以忽略，细线的长度又比小球的直径大得多，这样的装置就叫单摆。

进行新课
单摆的回复力Ⅱ
教师拿出单摆展示，同时演示单摆振动，介绍单摆构成。
让同学们思考屏幕上显示的问题
认真观看实验
并思考屏幕上的问题
答：单摆的回复力应该是重力沿摆球运动轨迹切线方向的分力提供。
物理上的单摆，是在一个固定的悬点下，用一根不可伸长的细绳，系住一个一定质量的质点，在竖直平面内摆动。所以，实际的单摆要求绳子轻而长，摆球要小而重。摆长指的是从悬点到摆球重心的距离。将摆球拉到某一高度由静止释放，单摆振动类似于钟摆振动。摆球静止时所处的位置就是单摆的平衡位置。
物体做机械振动，必然受到回复力的作用，弹簧振子的回复力由弹簧弹力提供，单摆同样做机械振动，思考：单摆的回复力由谁来提供，如何表示？
进行新课
单摆的回复力Ⅲ
讲解：1）平衡位置　 当摆球静止在平衡位置点时，细线竖直下垂，摆球所受重力和悬线的拉力平衡，点就是摆球的平衡位置。
2）回复力　 将摆球拉离点，从位置释放，摆球在细线的拉力和重力的作用下,沿圆弧在平衡点附近来回振动，当摆球运动到任一位置时，此时摆球受重力，拉力作用，由于摆球沿圆弧运动，所以将重力分解成切线方向分力；和沿半径方向，重力分力不论是在左侧还是右侧始终指向平衡位置，而且正是在作用下摆球才能回到平衡位置。（此处：平衡位置是回复力为零的位置。）因此就是摆球的回复力。
单摆的回复力，单摆的振动是不是简谐运动呢？
单摆受到的回复力，如图：虽然随着单摆位移增大，也增大，但是回复力的大小并不是和位移成正比，单摆的振动不是简谐运动。但是，在值较小的情况下（一般取），在误差允许的范围内可以近似的认为近似的有 ,又回复力的方向始终指向点，与位移方向相反，满足简谐运动的条件，即物体在大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反的回复力作用下的振动， 为简谐运动。所以，当时，单摆振动是简谐运动。
认真听老师的讲解
认真思考老师提出的问题
答：单摆此时做的是圆周运动，做圆周运动的物体受向心力，单摆也不能例外，也受到向心力的作用。在平衡位置，摆球受绳的拉力和重力的作用，绳的拉力大于重力，它们的合力充当向心力。
所以，单摆经过平衡位置时，受到的回复力为0 ，但是所受的合外力不为0。

媒体显示单摆的受力分析图
1） 平衡位置　
2） 回复力

回复力的方向始终指向点，与位移方向相反，满足简谐运动的条件，即物体在大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反的回复力作用下的振动， 为简谐运动。所以，当时，单摆振动是简谐运动。
条件：摆角
位移大时，单摆的回复力大，位移小，回复力小，当单摆经过平衡位置时，单摆的位移为0，回复力也为0，思考：此时，单摆所受的合外力是否为0？
板书：
单摆的受力分析图
进行新课
单摆的周期Ⅰ
我们知道做机械振动的物体都有振动周期，请思考：
单摆的周期受那些因素的影响呢？
答：可能和摆球质量、振幅、摆长有关
显示：单摆的周期受那些因素的影响？
进行新课
单摆的周期
Ⅱ
单摆的周期是否和这些因素有关呢？下面我们用实验来证实我们的猜想。
为了减小对实验的干扰，每次实验中我们只改变一个物理量，这种研究问题的方法就是——控制变量法。首先，我们研究摆球的质量对单摆周期的影响：
那么就先来看一下摆球质量不同，摆长和振幅相同，单摆振动周期是不是相同。
［演示1］将摆长相同，质量不同的摆球拉到同一高度释放。
这个实验主要是为研究属于简谐运动的单摆振动的周期，所以摆角不要超过。
接下来看一下振幅对周期的影响。
［演示2］摆角小于的情况下，把两个摆球从不同高度释放。
刚才做过的两个演示实验，证实了如果两个摆摆长相等，单摆振动周期和摆球质量、振幅无关。如果摆长不等，改变了这个条件会不会影响周期？
［演示3］取摆长不同，两个摆球从某一高度同时释放，注意要。（由一名学生来完成实验验证，教师加以指导）
认真观看演示实验
某生走向讲台，在老师的指导下完成实验3
播放这两个演示实验
［演示1］将摆长相同，质量不同的摆球拉到同一高度释放。
［演示2］摆角小于的情况下，把两个摆球从不同高度释放。
实验1现象：两摆球摆动是同步的，即说明单摆的周期与摆球质量无关，不会受影响。
实验2现象：摆球同步振动，说明单摆振动的周期和振幅无关。
［演示3］取摆长不同，两个摆球从某一高度同时释放，注意要。
试验3现象：两摆振动不同步，而且摆长越长，振动就越慢。这说明单摆振动和摆长有关。
显示：
具体有什么关系呢？荷兰物理学惠更斯研究了单摆的振动，在大量可靠的实验基础上，经过一系列的理论推导和证明得到：单摆的周期和摆长的平方根成正比，和重力加速度的平方根成反比，
周期公式：
同时这个公式的提出，也是在单摆振动是简谐运动的前提下，条件：摆角
由周期公式我们看到与两个因素有关，当一定，与成正比；当一定，与成反比；、都一定，就一定了，对应每一个单摆有一个固有周期。

进行新课
周期的应用
讲解周期的应用
听老师的讲解
做适当的笔记
显示：单摆周期的这种周期和振幅无关的性质，叫做等时性。单摆的等时性是由伽利略首先发现的。（此处可以讲一下伽利略发现单摆等时性的，最早是由伽利略从教堂的灯的摆动发现的。）钟摆的摆动就具有这种性质，摆钟也是根据这个原理制成的，如果条件改变了，比如说摆钟走得慢了，那么就要把摆长调整一下，应缩短，使减小；如果这个钟在北京走得好好的，带到广州去会怎么样？由于广州小于北京的值，所以变大，钟也会走慢；同样，把钟带到月球上钟也会变慢。
我们还可以根据这个周期公式测某地的重力加速度，由公式可知只要测出单摆的摆长、周期，就可以得到单摆所在地的重力加速度。
课堂小结
重复本节课所学的新知识
做笔记
本节课主要讲了单摆振动的规律，只有在时单摆振动才是简谐运动；单摆振动周期：，当一定，与成正比；当一定，与成反比。我们还可以根据这个周期公式测某地的重力加速度，由公式可知只要测出单摆的摆长、周期，就可以得到单摆所在地的重力加速度。
七、教学评价设计

八、帮助和总结