導(dǎo)語：單擺的物理教案一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

教學(xué)過程：

1.貼近生活，引入課題

在日常生活中，經(jīng)?？梢钥吹綉覓炱饋淼奈矬w在豎直平面內(nèi)作擺動(dòng)：擺鐘擺錘的擺動(dòng)，公園里小孩在蕩秋千，起重機(jī)下貨物的晃動(dòng)……懸掛物體在豎直平面內(nèi)做什么運(yùn)動(dòng)?擺鐘是利用什么原理制作的?學(xué)習(xí)了“單擺”這節(jié)課后，我們就會(huì)明白了。

2.探究擺的振動(dòng)周期

(1)提出問題

教師展示擺鐘，引導(dǎo)學(xué)生觀察擺錘的擺動(dòng)和指針的變化，然后展示擺球、鐵架臺(tái)、細(xì)線等實(shí)驗(yàn)裝置，演示擺球在豎直平面內(nèi)的振動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生注意觀察擺球的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。引導(dǎo)學(xué)生在觀察、討論中，聯(lián)系往復(fù)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出的運(yùn)動(dòng)周期性，提出問題：

擺的振動(dòng)周期與哪些因素有關(guān)?

(2)進(jìn)行猜想

針對(duì)所提出的問題組織學(xué)生討論，學(xué)生依據(jù)已有的科學(xué)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，通過思考作出猜想：

①擺的振動(dòng)周期可能與擺球的振幅有關(guān);

②擺的振動(dòng)周期可能與擺球的擺長有關(guān);

③擺的振動(dòng)周期可能與擺球的質(zhì)量有關(guān)。

討論時(shí)，有的學(xué)生可能猜想擺的振動(dòng)周期與擺球所受重力有關(guān)，很少有學(xué)生猜想擺的振動(dòng)周期與重力加速度有關(guān)。

(3)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

教師要引導(dǎo)學(xué)生討論確定實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法，并依此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

教師可將班級(jí)學(xué)生分成甲、乙、丙三大組(每一大組再分成若干小組)探究擺的振動(dòng)周期與擺球的振幅、質(zhì)量、擺長的關(guān)系。學(xué)生進(jìn)行討論，整理、歸納出所需的實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟和要測的物理量(見表1)。

擺的周期和重力加速度的關(guān)系在課堂上不易進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，可組織學(xué)生討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生可能提出在高層建筑中，在升降機(jī)中，在月球上，在飛船中，在地球上的不同地區(qū)……做實(shí)驗(yàn)。要求學(xué)生課后寫出具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。

(4)實(shí)驗(yàn)探究

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，使用儀器進(jìn)行觀察、測量和實(shí)驗(yàn)，同時(shí)記錄觀察和測量的結(jié)果(見表1)。

(5)交流、評(píng)估

學(xué)生分析、進(jìn)行觀察、測量和得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與猜想進(jìn)行比較作出解釋(見表1)。各組選派代表進(jìn)行交流，啟發(fā)學(xué)生評(píng)估各組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)擺的振動(dòng)周期特點(diǎn)：①偏角較大時(shí)，擺的振動(dòng)周期跟振幅大小有關(guān);②擺的振動(dòng)周期跟擺球質(zhì)量無關(guān);③偏角較小時(shí)，擺的振動(dòng)周期跟振幅大小無關(guān)，跟擺長有關(guān)，擺線增大周期變大，擺線縮短周期變小。

3.探究單擺振動(dòng)特征

教師：單擺是一種理想化模型，單擺由擺線和擺球兩部分組成：第一，擺線需由質(zhì)量不計(jì)、沒有伸縮性的細(xì)線提供;第二，擺球的密度較大，而且擺球的直徑要比擺線的長度小得多。這樣才可將擺球看成質(zhì)點(diǎn)，構(gòu)成單擺。前面實(shí)驗(yàn)時(shí)提供的擺球和擺線基本符合構(gòu)成單擺的條件，實(shí)驗(yàn)用的擺可看作單擺。

(1)提出問題

在上述實(shí)驗(yàn)探究中學(xué)生可能提出問題：單擺振動(dòng)是不是簡諧運(yùn)動(dòng)?

(2)進(jìn)行猜想

組織學(xué)生討論，提出猜想：

①單擺振動(dòng)不是簡諧運(yùn)動(dòng)，因?yàn)閱螖[振動(dòng)周期的大小跟偏角的大小有關(guān)，不是一個(gè)定值。

②不能確定。因?yàn)閱螖[的振動(dòng)是不是簡諧運(yùn)動(dòng)要看它受到的回復(fù)力的大小是否跟位移的大小成正比。

③因?yàn)樵谄禽^小時(shí)，單擺的周期跟振幅無關(guān)，跟擺長有關(guān)，像彈簧振子的周期那樣，周期由振動(dòng)物體本身決定。所以這時(shí)單擺振動(dòng)是簡諧運(yùn)動(dòng)。

(3)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

組織學(xué)生討論、歸納，確定設(shè)計(jì)思想，制定計(jì)劃：

①設(shè)計(jì)思想

簡諧運(yùn)動(dòng)圖像是一條余弦(或正弦)曲線，如果單擺振動(dòng)是簡諧運(yùn)動(dòng)，它的振動(dòng)圖像也應(yīng)是一條余弦(或正弦)曲線。

②制定計(jì)劃

實(shí)驗(yàn)器材：支架，線，盛砂漏斗，硬紙板，砂。

實(shí)驗(yàn)步驟：把翻斗吊在支架上(擺長較長)，下方放一塊硬紙板.紙板上畫一條直線，漏斗靜止不動(dòng)時(shí)正好在直線的正上方。在漏斗里裝滿砂，讓漏斗擺動(dòng)，同時(shí)沿著跟擺動(dòng)垂直的方向勻速拉動(dòng)硬紙板，在偏角不同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察流砂在紙上形成的圖像。(可能有學(xué)生會(huì)提出用墨汁，彩色水代替砂;用蘸有墨汁的毛筆頭、針筒代替漏斗做實(shí)驗(yàn))

(4)實(shí)驗(yàn)探究

學(xué)生分組(4人1組)實(shí)驗(yàn)，邊觀察邊記錄，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入

(5)交流、評(píng)估

分析圖象

偏角由6°→10°的圖像逐漸接近余弦(或正弦)曲線。

在偏角較大時(shí)單擺的振動(dòng)圖像不是簡諧運(yùn)動(dòng)圖像，這時(shí)單擺的振動(dòng)不是簡諧運(yùn)動(dòng)。

在偏角很小時(shí)單擺的振動(dòng)圖象是簡諧運(yùn)動(dòng)圖像，這時(shí)單擺的振動(dòng)是否一定是簡諧運(yùn)動(dòng)?下面進(jìn)一步作理論探究。

理論推導(dǎo)

讀讀議議：學(xué)生閱讀、討論課文上的內(nèi)容，教師巡視指導(dǎo)并隨時(shí)解惑。

使擺球偏離平衡位里，然后放開，擺球就在重力和拉力的作用下在一個(gè)圓弧上來回運(yùn)動(dòng)。重力沿懸線方向的分力和懸線的拉力的合力，方向指向圓心，成為擺球沿圃弧運(yùn)動(dòng)的向心力，只改變擺球運(yùn)動(dòng)的方向。不改變運(yùn)動(dòng)的快慢。

因此，在研究單擺振動(dòng)的回復(fù)力時(shí)不需要考慮向心力，只考慮重力沿圓弧切線方向的分力

。在偏角B很小時(shí)圓弧可以近似地，成直線，分力F可以近似地著作沿這條直線作用

，單擺的回復(fù)力為

。其中

為擺長，x為常數(shù)。

可見，只有在偏角很小時(shí)，擺球在線性回復(fù)力的作用下運(yùn)動(dòng)，單擺的振動(dòng)才很好地符合簡諧運(yùn)動(dòng)力的特征，才能視為簡諧運(yùn)動(dòng)。

討論評(píng)估

猜想①：從片面的現(xiàn)象分析問題得出結(jié)論，沒有把握問題的主要方面來全面、辯證地分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

猜想②：是正確的。要判定某一振動(dòng)是否是簡諧運(yùn)動(dòng)要看它是否具有簡諧運(yùn)動(dòng)的特征。在偏角很小時(shí)，單擺振動(dòng)的回復(fù)力既可看成重力沿圓扳切線方向的分力也可看成重力跟懸線的合力沿圓弧切線方向的分力，跟位移成正比且方向相反，單擺的振動(dòng)很好地符合簡諧運(yùn)動(dòng)的力的特征，可視為簡諧運(yùn)動(dòng)。

猜想③：有一定的道理。振動(dòng)周期不變只是簡諧運(yùn)動(dòng)的表觀特征，而一切周期性振動(dòng)都有這種表觀特征。根據(jù)彈簧振子的振動(dòng)特點(diǎn)去猜想還要經(jīng)過實(shí)踐和理論檢驗(yàn)。

4.歸納總結(jié)

閱讀課本，介紹荷蘭物理學(xué)家惠更斯研究單擺振動(dòng)的成果?；莞估脭[的等時(shí)性發(fā)明了鐘擺的計(jì)時(shí)器。

結(jié)論：單擺在偏角很小的情況下做簡諧運(yùn)動(dòng)，力的特征：F=-kx。單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的周期跟擺長的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比，跟擺錘的質(zhì)量、振幅無關(guān)，這時(shí)單擺振動(dòng)周期公式為

。

點(diǎn)評(píng)：教學(xué)中，在激發(fā)學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)、追求真理、樹立為科學(xué)獻(xiàn)身的精神的同時(shí)，還要培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué)、實(shí)事求是、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度。

5.應(yīng)用擴(kuò)展

問題：怎樣利用單擺脫測出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?

學(xué)生討論，介紹測量方法?！?/p>

6.總結(jié)方法

在擺的振動(dòng)周期和單擺脫振動(dòng)性質(zhì)的研究中，實(shí)際上運(yùn)用了解決實(shí)際問題的一種方法：提出問題→進(jìn)行猜想→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→實(shí)驗(yàn)探究→交流評(píng)估。

7.課題研究

(1)單擺是一種理想化模型。在水平面上放置的光滑圓弧形軌道上的小球作小幅度運(yùn)動(dòng)，可等效成單擺模型，怎樣測定它的運(yùn)動(dòng)周期?

(2)擺鐘誤差問題分析：機(jī)械擺鐘可看作單擺脫處理。擺鐘“走時(shí)”的誤差是由于擺鐘的振動(dòng)周期偏大或偏小引起擺鐘指針指示的時(shí)刻與真實(shí)的時(shí)刻不相符。擺鐘由地面移到高山或由北京移到上海，擺鐘“走時(shí)”是否發(fā)生誤差?怎樣調(diào)整?

(3)多線擺周期測定。

制作雙線擺、多線擺測定周期，研究規(guī)律。

在本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)中，將課堂實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)設(shè)“探究式”問題情景結(jié)合，通過抓住知識(shí)的產(chǎn)生過程，積極引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究，讓學(xué)生參與猜想、實(shí)驗(yàn)、討論、應(yīng)用等多項(xiàng)活動(dòng)，這是一種在教師指導(dǎo)下的探究式教學(xué)模式。在這種教學(xué)模式中教師的指導(dǎo)作用主要體現(xiàn)在：

①設(shè)計(jì)探究目標(biāo)──就是教師要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，確定探究的問題和探究的目標(biāo)，并精心設(shè)計(jì)探究過程和方法。

②創(chuàng)造探究條件──探究之前和過程中，教師應(yīng)為學(xué)生提供充分的探究條件。如實(shí)驗(yàn)條件、知識(shí)條件、方法條件，對(duì)一些模擬探究還需精心設(shè)計(jì)好課件，預(yù)測探究過程中可能出現(xiàn)的一些問題以及解決方案等。

③適當(dāng)點(diǎn)撥引導(dǎo)──在學(xué)生的探究過程中，教師對(duì)他們的行為、方法和思維作適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)撥和引導(dǎo)，來指導(dǎo)學(xué)生去分析、認(rèn)識(shí)和解決在探究過程中出現(xiàn)的一些實(shí)際問題，使探究過程順利進(jìn)行，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。

④師生共同評(píng)價(jià)──在探究的過程中和結(jié)束后，要適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)探究的過程、方法和結(jié)論進(jìn)行總結(jié)和評(píng)價(jià)。