高中物理《探究摆钟的物理原理》教案 沪科选修3-4

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1、探究摆钟的物理原理一、教学目标知识目标：　　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．了解简谐运动位移方程中各量的物理含义。4．理解相位的物理意义。　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．　　情感态度价值观　　1．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，理解共性和个性的概念．　　2．当单摆的摆角大小变化时，单摆的振动也将不同，理解量变和质变的变化规律．二、教学重点和难点　重点：1． 了解单摆的构成；2． 知

2、道单摆的回复力的形成；3． 理解相位在描述振动中的作用，知道简谐运动规律的数学表达式——振动方程。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．理解相位的物理意义。　三、教学过程：（一）导入新课　　1.复习提问：　　①什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.　　②简谐运动的位移——时间图象具有什么特点?　　答：所有简谐运动的位移时间图象都是正弦或余弦曲线.　　③什么是简谐运动的周期?　　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

3、期.2．引入：　　①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.　　②引入新课：本节课我们就来学习这一理想化模型——单摆(板书)（二）新课教学　　一、探究单摆做简谐运动的条件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.　　

4、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问题：为什么对单摆有上述限制要求呢?　　(4)讲解：　　①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.　　②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.　　①出示一个单摆.　　②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?　　(2)单摆的摆动　　①演示：用力将摆球拉离平衡位置，使摆线与竖直方向成一角

5、度，然后释放，并用CAI课件模拟.　　②提问：同学们认为摆球做什么运动? 　　③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.　　④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.　　⑤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?　　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　　①说明：在研究摆球沿圆弧的运动情况时，不考虑与摆球运动方向垂直的力，而只

6、考虑沿摆球运动方向的力，如图乙所示.　　②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Ｇ1＝Ｇsinθ＝mgsinθＧ2＝Gcosθ＝mgcosθ　　③说明：正是沿运动方向的合力Ｇ1＝mgsinθ提供了摆球摆动的回复力. 　　(4)关于单摆做简谐运动的条件　　 （ｘ表示摆球偏离平衡位置的位移，ｌ表示单摆的摆长）　　②师生分析得到：在摆角θ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.　　④教师讲：我们知道简谐运动的图象是正弦(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，它振动的图象也是正弦或余弦曲线.　　⑤

7、总结：从理论上和实际得到的图象中均可看出：在摆角很小的情况下，单摆做简谐运动。　　二、研究振动的步调问题   我们已引入了振幅来描述振动的强弱，同期和频率描述振动的快慢，但振幅、周期和频率不能反映振动物体在某时刻处于怎样的状态，不能比较两个振动的步调是否一致，这说明仅有振幅、周期和频率来描述振动还不够全面．　　相位：　　【演示】两相同的单摆：（1）将摆球向同一侧拉离平衡位置达相同偏角后同时释放，它们的振幅相同