（2021新人教版）高中物理选修性必修第一册2.4单摆-教案.docx

1、1 / 7 单摆单摆 【教学目标】【教学目标】 一、知识与技能一、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，

2、理解共 性和个性的概念。 【教学重点】【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。 2 / 7 【教学难点】【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】【教学过程】 一、复习提问、新课导入一、复习提问、新课导入 1用投影片出示下列问题： 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。 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。 什么是简

3、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： 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。 引入新课：本节课我们就来学习这一理想化模型单摆 3 / 7 二、新课教学二、新课教学 （一）简谐运动的回复力

4、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： 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。 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。 出示一个单摆。 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

5、？ 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。 教师强调总结：当摆球静止于 O 点时，摆球受到的重力 G 和悬线的拉力彼此 平衡，O 点就是单摆的平衡位置。 4 / 7 （2）单摆的摆动 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。 提问：同学们认为摆球做什么运动？ 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。 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。 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 CA

6、I 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 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。 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G1Gsinmgsin；G2Gcosmgcos。 说明：正是沿运动方向的合力 G1mgsin提供了摆球摆动 的回复力。 4关于单摆做简谐运动的条件 5 / 7 推导：在摆角很小时

7、，? t? 又回复力Fmgsin，所以 Fmg ? ?（x 表示摆球偏离平衡位置的位移，? 表示单摆 的摆长） （注意：? t? 的得出教师应该利用上图进行具体的推导，以便学生理解。 ） 师生分析得到：在摆角很小时，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。 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。 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。 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

8、运动。 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 对比实验 甲组：当摆长为 1m 时，使振幅 A18cm，测出单摆的周期 T1。 乙组：当摆长为 1m 时，使振幅 A25cm，测出单摆的周期 T2。 对比实验 6 / 7 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 。 对比实验 甲组：当摆长为 1m

9、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 。 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 。 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。 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 T = 2 ? g，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

10、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。 【练习检测】【练习检测】 1 单摆由_和成_组成， 保证单摆做简谐运动的关键控制因素是_。 2秒摆的周期是_（g9.8m/s 2）时，秒摆的摆长大约是_米。 （取两 7 / 7 位有效数字） 3一个做简谐运动的单摆，如果将它的摆角变小，下列说法正确的是（） A振动时的总能量不变 B振幅不变 C振动周期不变 D振子到达平衡位置时的速率不变 4关于单摆做简谐运动的回复力正确的说法是（） A就是振子所受的合外力 B振子所受合外力在振子运动方向的分力 C振子的重力在运动方向的分力 D振子经过平衡位置时回复力为零 参考答案： 1摆线；摆球；摆角不超过 10 22 秒；0；99 3C 4BCD