人教版 (2019)选择性必修 第一册单摆教学设计及反思

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册单摆教学设计及反思，共31页。教案主要包含了单摆，单摆的运动是否为简谐运动？等内容，欢迎下载使用。
《单摆》教学设计
科 目
物理
年 级
高二
姓名
简涵林
教
材
分
析
《单摆》选自人教版高中物理选择性必修第一册第二章第4节，是继简谐运动之后的重要内容。学生在学习单摆之前已经系统学习了简谐运动，单摆是简谐运动的一个具体实例应用，对单摆的研究有助于学生巩固和深化对简谐运动的理解，起到了承上启下的作用。教材不仅从理论上对单摆的运动进行分析，还注重通过实验演示来验证单摆的运动规律。例如，通过实验观察单摆的振动轨迹、测量单摆的周期等，让学生能够更直观地理解单摆的运动特征，培养学生的实验观察能力和分析能力。
学 情
分 析
学生在学习《单摆》之前，已经对简谐运动有了一定的认识，了解简谐运动的特点、回复力特点以及运动规律等。这为理解单摆作为简谐运动的一个实例奠定了基础。他们也掌握了力的合成与分解、圆周运动等相关知识，能够对物体的受力情况进行分析，并运用牛顿运动定律解决问题，他们有一定的实验操作技能和数据分析能力，能够进行简单的实验设计、观察实验现象并记录数据，通过对数据的分析得出结论。
基 于
核 心
素 养
教 学
目 标
分 析
（一）物理观念
1.通过对单摆的学习，学生能够深入理解简谐运动这一重要的物理模型，明确单摆是简谐运动的一个具体实例，进一步巩固对简谐运动的位移、速度、加速度、回复力等物理量的变化规律的认识。
2.学生掌握单摆的周期公式，认识到单摆的周期与摆长和重力加速度有关，建立起单摆运动与相关物理量之间的联系，形成系统的物理观念。
（二）科学思维
1.在分析单摆的运动过程中，学生需要运用推理、分析、归纳等科学思维方法。例如，通过对单摆回复力的分析，推导出单摆做简谐运动的条件，培养学生的逻辑推理能力。
2.在探究单摆周期与摆长、重力加速度等因素的关系时，学生运用控制变量法进行实验设计和数据分析，锻炼科学思维的严密性和准确性。
3.学生对单摆运动的抽象和建模过程，有助于培养其建立物理模型的思维能力，能够从复杂的实际现象中提取关键要素，构建简化的物理模型来解决问题。
（三）科学探究
围绕单摆的位移时间图像特点，引导学生进行合理的猜想与假设，并设计实验探究，在这个过程中，培养学生提出问题、设计实验、进行实验操作、收集和分析数据、得出结论的科学探究能力。
（四）科学态度与责任
1.在学习单摆的过程中，学生体会到物理知识与实际生活的紧密联系，如摆钟的工作原理等，培养学生对科学的兴趣和热爱，以及将科学知识应用于实际生活的意识。
2.了解单摆在科学研究和工程技术中的应用，认识到物理学对社会发展的重要贡献，激发学生的社会责任感和使命感，为将来运用科学知识服务社会奠定基础。
教 学
重 难 点 与教 学策 略
内容
学生常见问题表现
教学方法与策略
教学重点
1.单摆的模型构建，及其单摆做简谐运动的条件
单摆只有在摆角很小时才近似做简谐运动，这一条件的理解需要学生具备一定的数学推导能力和物理思维能力
在教学中，可以通过动画演示、实验探究等方式，帮助学生直观地理解单摆的运动特点，引导学生进行数学推导，从而加深对这一条件的理解。
2.单摆周期的影响因数，及其公式的理解应用。
学生对课本上单摆公式的得出不容易理解。
借助前面学习的“圆频率”，通过简谐运动与圆周运动的特定关系，推导公式的得出过程。
教学难点
1.单摆回复力的分析
单摆回复力是由摆球重力沿圆弧切线方向的分力提供的，学生在分析回复力时容易出现错误。
通过受力分析图、实例讲解等方式，帮助学生准确地分析单摆的受力情况，理解回复力。
资源与工具
铁架台、小球、细线、电动机、墨水、注射器、白纸等
教学流程图
课前准备
分析学情，了解学生的问题所在和提出的问题
课中学习
问题解决
问题1
问题2
问题3
如何建立模型？
单摆是简谐运动吗？
单摆的回复力？
问题4
磁铁快插与慢插区别
合理猜想
设计实验
概括规律
目标达成
学生小结
自评、互评，完成课后作业
教学流程设计
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
创
设
问
题
情
景
引
课
随着生活水平的不断提高，越来越多的人们都会选择节假日一家人外出旅游，其实很多小朋友对于风景并不感兴趣，你知道小朋友最喜欢去哪个地方吗？
问1：你去过游乐场吗？
问2：你坐过大摆锤吗？
问3：你荡过秋千吗？
问3：在生活中你见过这个吗？
既然很多同学都没见过摆钟，那大家就认真观察这个摆钟并思考：摆动的摆钟、荡起的秋千、摇晃的大摆锤这些运动有什么共同之处？
问4：这种运动听起来就感觉好复杂，我们该如何去研究这个复杂运动呢？
在物理研究中，当我们面对复杂的实际问题时，我们可以通过构建物理模型来帮助我们更好的研究问题
既然这类运动的物理都被某个东西掉了起来，我们可以把这个东西简化成一条细绳，把物体简化成一个小球，绳子一端与小球相连，另一端固定在高处。
物理中，我们把这个模型称为：单摆
游乐场
去过
坐过
荡过
没见过
学生思考：这三种运动都是物理被某个东西吊起来，围绕某一位置左右摆动
思考
通过创设生活中的问题情景，把学生的注意力集中在大摆锤、荡秋千和钟摆这三种运动上，通过思考这三种运动的相同点，从而引导学生提出物理建模，从而构建出单摆模型。
问题引导，提出构建物理模型，得到单摆模型
基
于
新
课
内
容
设
置
问
题
驱
动
任
务
一、单摆
1.组成：细绳+小球
思考：单摆模型的细线和小球有要求没？
2.特点
①细线：不可伸缩、质量不计、长度远大于小球直径
②小球：可视为质点（体积小，质量大）
③受力：不计一切阻力
根据单摆的特点，老师用注射器和细线也自制了一个简易的单摆，在注射器中加入红墨水，墨水在重力的作用下会往下滴，若此时让加有红墨水的注射器摆动起来
，同时匀速拉动下方的白纸，会看到什么现象呢？（实验演示）
实验图像：
问：这个图大家熟悉吗？像大家前面刚学过的什么运动的位移时间图？
追问：这个图很像正弦图像，那单摆的运动到底是不是简谐运动？怎么去证明？
二、单摆的运动是否为简谐运动？（从回复力特点去证明）
问1：单摆的平衡位置在哪？
问2：摆动过程中，小球受哪些力？
问3：我们可以把重力沿径向和切向分解，由于单摆运动属于圆周运动，一定存在向心力，那它的向心力是多大呢？
重力切向的分量mgsinθ，从效果上来看总是想让小球回复到平衡位置，所以单摆的回复力来源于重力的切向分量：
根据数学知识：当θ很小时
①sinθ≈θ
②位移x≈弧长=L·θ
所以有：
又因为回复力方向总是与位移方向相反，所以有：
问题4：在摆角很小的情况下，单摆可视为简谐运动，而“周期”是用来描述简谐运动的一个重要物理量，单摆的周期跟哪些因素有关呢？
问题5：有这么多影响因素，我们该如何去设计实验研究呢？
实验1：控制摆长和质量相同，振幅不同
实验2：控制摆长和振幅相同，质量不同
实验3：控制质量和振幅相同，摆长不同
结论：单摆的周期与振幅和质量无关，它摆长有关，摆长越长，周期越大。
思考：上述实验表明了单摆周期与摆长的定性关系，那么二者之间有什么定量关系呢？
小角度情况下，单摆的回复力满足：
根据牛顿第二定律：
单摆最大加速度的大小：
简谐运动和半径r=A的圆周运动是紧密相连接的（圆频率）
单摆的周期公式：
应用思考：摆钟怎么了
小明家从广州搬到了北京，搬家时把家里的摆钟也带去了。过了几天之后，小明发现摆钟的时间不准确了。校准后，过了几天又出现相同的情况，你知道这是为什么吗？摆钟变快还是变慢了？该怎么调整？
学生思考
学生观看
简谐运动的位移时间图像就是正弦函数图像
证明回复力满足：F=-kx的形式。
最低点O
重力、拉力
F向=T-mgcsθ
学生猜想：振幅、质量、摆长等
控制变量

学生思考作答
让学生从单摆模型细线、小球和受力多方面去理解，从而得到单摆模型是一种理想化模型
还原课本教材实验“做一做”，通过自己做的这个实验器材，提升学生的学习兴趣。
通过图像跟正弦函数很像，猜测单摆可能是简谐运动，从而激发学生的兴趣，过渡到用回复力去证明。
通过问题引导学生一步步去分析单摆的回复力
从数学的小角度极限下，单摆的回复力满足F=-kx,通过图片的展示来让学生理解这个极限思想。从而得到结论：
摆角很小的单摆，可看作是简谐运动。
先引导学生作出猜想，然后设计实验，最后通过实验得到结论。
教材上的周期公式给出的很突兀，学生不容易理解。通过前面学习的圆频率，结合简谐运动和圆周运动的知识，简单推导得出了单摆的周期公式，让学生们对单摆的周期公式的得出具有新的认识。
对单摆公式的熟练应用
归 纳
梳 理
学 习
评 价
通过本节课的学习，你有哪些收获？
梳理书写本节课的知识内容。
通过学生对知识的梳理，检查反馈学习情况。
作 业
设 计
基础作业：课本练习与应用1、3、4
个性作业：阅读任务《从日晷到原子钟》
巩固提升
板 书
设 计
以思维导图的方式展开，便于将琐碎知识系统化。
教 学
反 思

本节课采用问题引导的方式，激发学生的思考和探究欲望。学生较好地理解了单摆的概念、组成部分以及单摆做简谐运动的条件。通过实验演示和理论讲解，大部分学生能够掌握单摆的周期公式，并能进行简单的计算。但问题的设置应更加具有针对性和启发性。
在教学过程中，要更加关注学生的个体差异，鼓励学生积极提问和交流，及时了解学生的学习情况，调整教学策略。
上课后对课堂的反思和总结，便于进一步的完善教案环节。