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视频课题：高中物理鲁科版选修3-4第一章第三节《单摆》福建省 - 莆田
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《单摆》教学设计
授课对象 高二学生 课程类型
新课教学
课时
第一课时
教 材 分 析
教 材 地 位 与 作 用
1．教材地位与作用
《单摆》是第一章机械振动的第三节内容。机械振动这一章是在学习了运动学，动力学及其功和能的知识后编排的，是力学的一个特例。单摆作为机械振动的一个具体实例，为巩固理解简谐运动的规律及其特点起了重要的作用，同时也为共振学习打下基础，所以本节是本章的重点内容。
2．教材结构及内容 （1）什么是单摆 ①结构特征和定义 ②单摆是理想化模型 （2）单摆的运动 ①演示实验法 ②理论推导法 （3）单摆振动的周期 ①探究影响单摆周期的因素 ②单摆的周期公式的应用
教 学 三 维 目 标
1、知识与技能目标：
（1）知道单摆的结构和振动特点； （2）掌握探究单摆周期公式的方法； （3）知道单摆周期公式及简单应用。 2、过程与方法目标：
（1）通过控制变量法设计探索性实验，分析影响单摆周期的物理量；
（2）通过DIS实验，用控制变量法探究单摆的周期与哪些因素有关，培养学生的观察、分析实验的能力；
（3）运用软件处理数据，培养学生的实验观察、分析，处理数据的能力。 3、情感态度与价值观目标：
（1）认识实验的重要性，体会实验是检验真理的唯一标准；
2
教 材 分 析 （2）激发学生的求知欲望，在探索规律的过程中体验成功的喜悦；
（3）实验过程中通过小组合作，培养学生与人合作的精神，提高学生与人交往的能力和语言表达能力。
教 学 重 点 难 点
重点：
（1）通过DIS实验探究单摆的周期与摆球质量、振幅无关； （2）周期与摆长间的定量关系； （3）周期与重力加速度的定量关系。
难点：
（1）周期与摆长间的定量关系； （2）周期与重力加速度的定量关系。
学 情 分 析
1、学生知识基础
（1）已有知识：通过前几节的学习再加上数学上的基础，已经掌握了简谐运动的相关知识，能够熟练运用控制变量法，且对摆动的物体有一定认识。
（2）已有能力：观察、分析、探究等能力。学生已经形成了探究学习的基本模式，加上教师设置的一些情境和任务驱动，学生可以通过小组的合作基本完成探究学习，再通过探究后的小组交流和教师点评，可以补充和完善各小组在探究过程中未考虑到的或是考虑不全的内容。对于DIS实验和excel实验数据处理比较娴熟。 2、学生思维障碍
（1）容易认为单摆的周期与摆角、质量相关；
（2）实验振动周期与重力加速度的关系缺乏直接的感知，无法判断二者之间的关系。
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教学设计理念和策略
单摆是物理学中在研究实际问题时为了使问题变得简单而建立的几种理想模型之一，也是学生掌握机械振动内容所需要掌握的一部分内容。这部分知识接受起来没有困难，但学生真正理解其中的物理思想却并不容易。在传统的教学方式中，由于受条件的限制，在课堂上只能粗略探究单摆的周期与摆长间的定性关系，致于与摆球质量、振幅和重力加速度间的关系都无法探究，学生只能被动的接受既成的公式，然后在此基础上运用它来解答问题。
本节课根据教学内容特点和学生情况，我选择采用探究式教学方式和学生的合作式学习方式作为本节课的主要模式。因此本内容教学设计的理念就是“以学生的发展为本”，充分发挥学生的主观能动作用，让学生积极参与课堂活动，在实验探究、组内讨论、组间交流活动中获取知识、掌握方法，提升能力，为此，在教学设计中围绕下面几个问题展开：
（1）用两个摆长不一样的单摆让它们偏离一个小角度释放，初步观察单摆振动的快慢，激起学生想去探究单摆的振动周期与哪些因素有关的欲望。学生猜测周期与哪些因素有关。
（2）汇集学生意见后，师生共同确定质量、振幅、摆长和重力加速度等作为实验探究的因素。在明确了探究方向的基础上，学生活动：①讨论所用的实验方法、设计实验方案、选择实验仪器； 各小组进行讨论结果的交流，肯定学生的成果并从中挑选出一套较好的实验方案，师生共同加以补充和完善，然后学生按照设计好的方案进行实验；（教师巡视学生实验情况并加以指导）
（3）学生利用信息技术手段进行数据处理和分析，学生交流探究的结果，得到影响单摆周期大小的因素，并得出它们之间的定量关系，
（4）学生通过交流学习心得，归纳总结本节课的教学重点，实验方法及得到的启示，为以后的学习打下基础。其创新之处主要体现在以下几个方面：
（1）自制教具，制作了可以测量摆角的角度辅助器，可研究摆长、质量、重力加速度不变的情况下，周期和摆角的定量关系；
（2）自制了各种不同质量的小球球套，可以在摆角、摆角、重力加速度不变，球心位置不变，甚至于空气阻力情况不变条件下，研究周期和摆球质量的定量关系；
（3）自制了快速改变和读取摆长大小的装置，结合DIS传感器和数据采集系统，能够研究周期和摆长的定量关系，且数据采集过程快速准确。
（4）利用电磁铁对钢球的吸引，模拟重力加速度增大的情景，研究周期和重力加速度的定量关系，并迅速采集多组数据；
（5）自行设计了专用的DIS数据处理软件，是实验过程更迅速，直观，实验结果更科学。
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教 学 方 法
直观教学法
利用多媒体播放蛇摆视频，创设学习情境。声、光、像、画的融合教材内容的呈现方式发生了极大的变化，极大的激发了学生的好奇心。 演示实验法
运用实验的方法让学生动手、动脑，启迪学生思维，培养解决问题的能力和创新能力。这样以感性认识为依托，掌握单摆的相关知识，突破教学重点与难点。 实验探究教学法
提出问题，让学生大胆猜想、质疑，发现问题解决问题，在实验探究、组内讨论、组间交流活动中获取知识、掌握方法，提升能力。
学 法 分 析
观察学习法
学生通过视频、实物模型的观察，总结单摆结构特点；通过观察单摆振动，提出影响单摆周期的影响因素，从观察中发现问题、不断调整实验方案、最终形成探究方案。 归纳学习法
通过对实验想象的观察，从中发现规律、总结结论。逐步学会独立钻研、独立思考、独立地去发现问题和解决问题的自学方法。
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教 学 资 源
演示实验 蛇摆 自制单摆模型
学生实验 单摆 光电门 微力传感器 秒表 米尺 天平
教学环境
多媒体实验室
教学流程图
新课引入
PPT播放蛇摆秋千杂技、摆钟等视频，提出启发性问题，引导学生对单摆模型的构建 目的
创设情境 引出单摆模型激发学生兴趣
单摆周期 与哪些 因素有关
展示自制单摆模型 意图
结合实物模型 总结单摆特征
加深对单摆结构特点的理解
单摆为什么有快有慢？ 自主探究、 增强学生合作意识
提高科学探究能力
感知变量法
单摆 概念
结合实际大胆假设
设计实验方案
探究实验
控制变量法
巩固提高 学以致用
目的
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教 与 学 的 过 程 设 计
教学环节
教师教授活动
学生活动 宗旨与意图 创 设 情 境
模 型 引 入
PPT播放蛇摆视频，摆钟，荡秋千，摆钟视频，引出单摆的模型。
提出问题：这些模型都有哪些共同特点？
观察视频结合生活经验，猜想什么是单摆模型，单摆模型有哪些特点
联系生活 设置疑问 激发兴趣 引发猜想
新 课 教 学
认 识 单 摆
展示单摆实物模型，引导 学生发现总结单摆的特征， 强调单摆是理想化模型。
展示自制的单摆模型组 启发引导学而生根据单 摆模型特点进行判断。 理想化模型：
①摆线质量远小于摆球质量；
②摆球的直径 d远小于单摆的摆长Ｌ，即 d <<Ｌ； ③摆球所受空气阻力远小于摆球重力； ④摆线的伸长量很小，可以忽略。
结合实物模型总结单摆的特征
判断单摆哪些模型属于单摆模型
理解单摆的概念，从而印象深刻的了解单摆的结构特征。
定 量 探 究
认识周期 ，提出问题
展示自制的单摆振动，观察振动特点 周期概念：
单摆完成一次完整的运动所需的时间，叫做单摆的周期。
提出问题：单摆周期与计时起点的选取有没有关
系？
观察，并提出看法：重复性、对称性。
思考，并分析，得出结论。单摆周期与计时起点的选取有-没有关系
有明确目标的观察，有助提升专注力和观察能力
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新 课 教 学
影 响 单 摆 振 动 周 期 的 因
素
猜想与假设
提出问题：单摆的周期受哪些因素影响？
教师根据学生的猜想，引导他们进行整理思路。并提供案例供学生参考。
案例： 一个大庆人去香港旅游，在一家大型超市以高价购买了一台精致的摆钟，买的时候走时很准。回到大庆后不到两天走时就相差一分多钟。于是大呼上当，心里极其气愤。后来，他求助“消费者权益保护协会”，准备与该超市打一场索赔官司，消费者协会调查研究发现产品货真价实，那么问题出在哪儿呢？
通过案例启发将单摆周期与重力加速度关联。 提出问题：如果创造条件来现场观察下，重力加速度如何影响周期大小？ 教师演示：模拟实验
利用磁铁模拟地球重力改变后，研究单摆周期是否受重力加速度的影响。
学生观察单摆摆动情况，经过小组讨论，提出摆幅、质量、摆线长、小球大小会影响单摆振动快慢
小组组展开热烈讨论。 然后提出：①可以对比下地球不同地区；高山地区进行实验； 太空中实验 汇集学生意见后，师生共同确定质量、振幅、摆长和重力加速度等作为实验探究的因素。
设计方案，讨论交流
实验方法--控制变量法：
实验一：摆长、摆球质量、重力加速度保持不变，探究单摆振动周期与摆角的关系；
实验二：摆长、摆角、重力加速度保持不变，探究单摆振动周期与摆球质量的关系；
实验三：摆角、摆球质量、重力加速度保持不变，探究单摆振动周期与摆长的关系；
实验四：摆长、摆角、摆球质量保持不变，探究单摆振动周期与重力加速度的关系； 提出问题：需要哪些实验器材？如何操作？ 教师引导对方案进行可行性评估，启发学生综合各
小组的设计进行方案优化。
小组讨论，提出初步方案。 方案一：需要搭建单摆，加装量角器测摆角，秒表测周期、天平测小球质量，刻度尺测定摆长 方案二：开展对比实验
讨论所
用的实验方法、设计实验方案、选择实验仪器；
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新 课 教 学
设
计方案，讨论交流
各小组进行讨论结果的交流，肯定学生的成果并从中挑选
出一套较好的实
验方案，师生共同加以补充和完善。
实验方案的得出过程，是提升学生科学探究能力的关键环节，促进深度学习。
进行实验，收集数据
实验一：定量探究单摆振动周期与摆角的关系
质量m= 摆长L= 重力加速度g=
摆角 1º 2º 3º 4º 5º
周期T（s）
学生按照设计好的方案进行
实验；（教师巡视学生实验情况
并加以指导）
进行对比实验和定量实验，体会不同实验方法的应用，促进高阶思维发展
光
电门
摆
角大小辅
助判
断装置微
力传感器
电
磁铁
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进行实
验，收集数据
实验二：定量探究单摆振动周期与质量的关系 实验三：定量探究单摆振动周期与摆长的关系
摆角= 摆长L=
重力加速度g=
质量
周期T（s）
钢球
钢球+轻黏土
钢球+彩泥
钢球+彩泥细砂
摆长L（m） 周期T（s）
1 2 3 4
5 6 7 8
实验中严格遵守操作注意事
项，分工合作，
进行数据采集和记录
将数据导入excel表格，试着进行数据拟合，形成直观的图象，凸显物理本质。
教学仪器的设计，改进了教材原有仪器所存在的弊端，同时加以创新设计，使实验更具科学性，实验现象更加明显，突破本节课的难点的同时，也培养了学生的科学态度和创新意识。
借助信息技术，让学生从中体验到探究物理规律的科学方法和乐趣，从而激发学生学习物理的兴趣，加强他们热爱科学的热情。
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实验四：定量探究单摆振动周期与g的关系 拓展实验：
质量m= 摆角= 摆长=
g(m/s2)
周期T（s）
综合得到的
数据，从实验角度得出周期公式
分析数据，得出结论
1、实验数据表明，单摆周期与摆角和质无关。 2、周期与摆长、重力加速度关系中，原始数据定性分析大致规律。
3、作图并拟合曲线分析定量关系
从数据的变化我们已经可以看出，摆长的确是影响单摆周期的因素之一，而且他们的大致关系是摆长越小周期也越小。excel中，提供了对表格数据的绘图功能，利用这个功能，可以用计算机快捷地把原始数据绘制成图象。 4、引导学生总结
周期与摆长关系用平方根函数拟合得最好，周期与重力加速度关系用平方根倒数函数拟合最好 5、转化参量提高定量分析精度
师引 教师引导：曲线的拟合程度高低看起来还
不是非常直观，最好能把图线转化成直线，这样更能说明问题。可以把周期的数据平方，当
学生观察采集的数据，可以从数据中看到：随着摆长逐渐减小，单摆的周期也在逐渐减小。
在计算机上画出图象，用各种函数进行拟合一次函数、二
次函数、三次函
综合应用数学知识和信息技术手段，逐步探讨物理量间的关系，并试着用物理图象展示物理本质， 打破了学生的思维障碍，突破了教学的重点
与难点。
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然也可以选择把摆长的数据开平方根，都可以更加精确地证明我们的猜想。而且利用软件提供的功能，可以非常快捷地完成这个过程。 6、找到规律总结思想方法
师生 分析：从重新绘制的拟合图线中可以看
出，将周期平方或者将摆长开平方根以后得到的拟合图线与正比例函数拟合得非常好，从而表示出了周期与摆长的定量关系，那就是
LT2，或LT。
7、结论：单摆的周期公式 g
L
T
2 数、平方根函数、三次方根函数等，观察哪条函数图线拟合得最好。
学生分两大组分别用两种方法处理数据，重新绘制图线。
总结实验，相互交流，用合理的物理语言进行表达，是探究环节的点睛之笔。
巩 固 提 高
小 结 巩
固
采用学生总结、教师补充、多媒体辅助教学的形式
学生小结
理清本节 知识脉络 建构物理 知识体系
触 类 旁 通
学生观察圆槽摆的运动特征，得出圆槽摆与单
摆的联系。并推导圆槽摆的周期公式。 例题：如图所示，将A球和B球同事由静止释放，
问：谁先到达o点?
分析问题，找到问题的切入点，应用单摆知识解决问题
巩固提高 学以致用 学生体验物理知识在解决问题时的
小结
单摆模型——m大、l长无伸缩（理想化模型）
探究单摆周期的影响因素--控制变量法
g
LT2
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重要作用
学 以 致 用
说说“蛇摆” 的奥秘
分析蛇摆运动能够产生绚丽视觉效果的原理，从物理的角度看待和分析问题。
调动学生综合运用知识分析和解决生活中物理问题的能力
板 书 设 计
清晰的勾画
出单摆相关问题的整体思路，便于学生对于知识的理解和记忆
教学反思和体会
探究性课堂教学是否能取得实效，归根到底是以学生是否参与、怎样参与、参与多少来决定的，同时只有学生主动参与教学，才能改变课堂教学机械、沉闷的现状，让课堂充满生机。这就要求教师在领会探究性课堂教学实质的基础上，随机应变，灵活处理教学过程中出现的各种问题，设计合理可行的探究性教学，使学生的知识获得、积累与能力发展始终处于一种良性循环状态，这样就可以使探究性课堂教学进入
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理想的境界。
在知识方面，打破了学生的思维障碍，突破了教学的重点与难点。学生了单摆及其运动特征，最终得出单摆的周期与摆长、重力加速度的关系。
在过程与方法上，并能够应用已有的知识，设计实验，操作实验，探究合作，验证自己的猜想。 情感态度价值观方面，经历观察、实验及小组合作探究等学习活动,初步培养了学生实事求是、科学创新的科学态度。
通过影响单摆的周期因素的探究性活动,学生经历了由感性认识到理性认识的过程，提高了物理学习的自信心和热情。通过观察，发现问题、提出假设、设计方案、解决问题，在此过程中逐步培养学生独立分析问题和解决问题的能力。在实验探究中，学生加强巩固了科学研究的方法，体验互助合作的重要性。
教学仪器的设计，改进了教材原有仪器所存在的弊端，同时加以创新设计，使实验更具科学性，实验现象更加明显，突破本节课的难点的同时，也培养了学生的科学态度和创新意识。 实验设计渗透 STS 教育理念，依托信息技术来营造学科的信息化教学环境，有利于提升学生的信息素养、创新意识和创新能力，使学生养成数字化学习习惯，促进学生的全面发展。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
