高二物理教科版选修3-4教学教案第一章2.单摆4Word版含解析.doc

单摆

一、教学目标
（一）知识目标
1.知道单摆的构造。
2.知道单摆的回复力是重力沿切线方向的分力。
3.知道单摆在偏角很小时可以近似地做简谐运动。
4.理解单摆振动的特点及周期公式。
（二）能力目标
1.掌握力的分解原则——按作用效果分解。
2.初步掌握近似处理方法。
3.初步掌握因素分析法，能对问题进行定性分析。
4.会用控制变量法设计探索性实验，并对数据进行分析。
（三）德育目标
1.初步掌握抓住主要因素，忽略次要因素辨证唯物主义思想。
2.对学生进行实事求是的科学思想熏陶。
二、重点与难点
（一）重点
1.单摆振动的回复力。
2.通过定性分析、实验以及数据分析得出单摆周期公式。
（二）难点
单摆振动的回复力。
三、教学流程图

四、教学过程与教学资源设计
（一）引入新课
什么是单摆呢？单摆摆动的快慢和哪些因素有关？本节课我们一起来学习选修3-4第一章第二节单摆，大家观察一个模型。
（二）呈现新知识
1.单摆模型解说
师：细线的一端拴一小球，另一端固定在悬点上，如果忽略悬挂小球的细线的微小形变和质量，且线长又比球的直径大得多，这样的装置就叫单摆。那么是不是所有类似的物理模型都可以看做单摆呢？通过分析，我们发现可以看做单摆的条件是：
（1）摆线的伸缩可以忽略。
（2）摆线质量可以忽略
（3）线长比球的直径大得多——把球看成质点。
显然，单摆是一种理想化的模型。
2.单摆振动的回复力分析
（1）实验演示单摆的振动。
（2）回复力分析（与学生一起分析）。

师：（问）单摆在运动过程中受到几个力的作用，分别是什么力？
生：重力和绳子的拉力。
师：（分析）为了研究摆球的运动，我们分析摆球在A点所受到的力。摆球所受重力G可分解为沿圆弧切线方向上的分量G1和沿摆线方向上的分量G2；重力沿圆周切向方向的分力大致指向最低点O，正是这个力提供了使摆球振动的回复力。选平衡位置为坐标原点，水平线为x轴，当偏角很小时，弧线与x轴近似重合，即sinα≈x/l，所以单摆的回复力为F=-mgx/l（负号表示回复力F与位移x的方向相反。其中mg/l可以用一个常数k表示）。
所以，上式可以写成：F=-kx。当小球运动到另一端时这个力的表达形式不变，可见单摆的运动符合物体做简谐运动的条件？
师：因为单摆做的是周期性的往复运动，所以我们把单摆做一次全振动所用的时间叫做单摆的周期，那么从单摆的构成上来看，单摆运动的快慢与什么因素有关呢？
3.单摆振动的周期
（1）单摆振动周期的因素分析探讨
生：可能与摆球的质量、振幅的大小、摆长的长短等因素有关。
师：要研究某一因素对周期的影响，采用什么方法？
生：控制变量法。
演示实验：定性分析影响单摆周期大小的因素
学生观察：
①A、l一样时，两个质量不同的单摆的振动周期是否一样。
②m、l一样，振幅不一样的两个单摆的振动周期是否一样。
③A、m一样，摆长l不一样的两个单摆的振动周期是否一样。
实验总结：单摆的周期与摆长l有关，与摆球的质量和振幅无关。
师：前面我们主要讨论了单摆的周期和哪些因素有关，并且定量的分析了周期和摆长的关系，大家猜想还有哪个物理量能够影响单摆的周期呢？
演示实验：用两个摆线相等的单摆做实验，在铁球的下面放一个电磁铁，给电磁铁通电并同时放开两个小球（为了避免干扰另一个小球可用橡胶球），可以观察到两个摆线等长的单摆运动的步调并不一致。这说明了什么问题？
生：铁球下面的磁铁对小球有吸引力的作用，相当于小球的重力增加，而小球的质量不变，所以相当于g的值增大。
师：通过现象我们可以看到g变大，单摆的周期怎么变化呢？
生：g变大周期变小，反之g变小周期应该变大。
师：这样我们找到影响单摆周期的因素，惠更斯通过大量的实验总结得出了单摆周期的精确表达式：T=2π。
（三）知识整合和应用(利用ppt演示)
例1单摆作简谐运动时的回复力是：（）
A.摆球的重力
B.摆球重力沿圆弧切线的分力
C.摆线的拉力
D.摆球重力与摆线拉力的合力
例2.对单摆的振动，以下说法中正确的是（）
A.单摆摆动时，摆球受到的向心力大小处处相等
B.单摆运动的回复力是摆球所受合力
C.摆球经过平衡位置时所受回复力为零
D.摆球经过平衡位置时所受合外力为零
例3一个单摆，周期是T。
a.如果摆球质量增到2倍，周期将
b.如果摆的振幅增到2倍，周期将
c.如果摆长增到2倍，周期将
d.如果将单摆从赤道移到北京，周期将
e.如果将单摆从海面移到高山，周期将
例4.周期T=2s的单摆叫做秒摆，试计算秒摆的摆长。(g=9.8m/s2）
例4.如图所示，悬挂于同一点的两个单摆的摆长相等，A的质量大于B的质量，O为平衡位置，分别把它们拉离平衡位置同时释放，若最大的摆角都小于5°，那么它们将相遇在（）

A.O点
B.O点左侧
C.O点