探究单摆周期与哪些因素有关（单摆第2课时教学设计）
长兴华盛虹溪中学沈卫忠
一、教材分析和处理
本节内容是通过实验探究单摆周期规律，是学生自主设计、探索的好素材，在本章中有着重要的地位。《课程标准》要求学生通过实验，探究单摆的周期与摆长的关系。会用单摆测定重力加速度。为了研究周期与各种因素是否有关以及有怎样的关系，可以采用控制变量的方式进行定性和定量相结合的方案来研究这些关系。本节课的教学力求贯彻新课程体验，将课本演示实验改为探究性的学生分组实验。首先提出单摆的周期可能与哪些因素有关，让学生猜想，并设计实验验证让学生在获得知识的同时，体验科学探究过程，了解科学研究方法，发展探索自然的兴趣与热情，培养实验探究能力和交流协作能力。
二、学情分析
1．通过前面的学习，学生已经知道了单摆的概念，单摆的回复力等知识。也了解了单摆做简谐运动的条件。
2．高二学生已有一定的物理学科方法，如观察实验，控制实验，假说方法，从现象归纳规律等，可以实现教材渗透的方法教育意图
3.可能存在的困难：学生对实验的数据处理。
三、教学目标
1．知识与技能目标
（1）知道单摆周期与哪些因素有关。
（2）知道单摆的周期公式。
（3）能运用单摆的周期公式解答有关实际问题。
2．过程与方法目标
（1）通过单摆振动周期规律探究，培养学生猜想能力，实验设计能力，数据处理能力，交流协作能力。
（2）通过单摆周期公式的应用，培养学生运用物理知识解答实际问题的能力。
3．情感态度与价值观目标
（1）结合物理学史介绍物理学家对单摆的研究，法展学生对自然的好奇性，激发学生乐于探究自然的奥秘。
（2）在单摆周期规律的探究中，培养学生的交流协作精神，使学生体验科学探究的艰辛和喜悦。
四、教学重点和教学难点
1．教学重点：自足探究单摆的周期与哪些因素有关。
2．教学难点：定量实验，得出单摆的周期T与L的关系并对数据的处理。
五、教学方法和教学手段
1．教学方法：运用物理“科学探究”教学模式实施教学。
2．教学手段：学生实验与演示实验结合。
六、教学用具：
铁架台小钢球小木球长1m左右的细线秒表各25套
演示实验器材 1套：铁架台 小钢球 小木球 长1m 左右的细线 小铁球 大磁铁
七、教学过程：
1、演示实验，引入问题。
教师演示两个不同单摆做简谐运动，要求学生观察两个单摆振动的快慢。然后提出问题：单摆做简谐运动的周期与哪些因素有关？关系如何？
2、学生猜想：（鼓励学生在理性分析的基础上进行猜想，暴露学生的思维，从而把握学生的认知情况）
学生可能的猜想和解释：
（1）：摆球的质量不同，使得回复力F 不同，所以周期不同。
（2）：摆角不同，摆球的路程不同，使得周期不同。
（3）：摆长不同，摆动相同的角度，经过的路程不同，导致周期不同。
3、设计实验，验证猜想
学生自主设计实验方案，验证，交流。（教师指导运用控制变量法） 设计实验1：控制L 不变，摆角θ不变，研究T 与m 的关系
分析评价：m 不同，虽然回复力不同，但回复加速度
a 与质量m 无关，因而T 与m 无关
实验结果：两摆振动周期相同。
分析评价：θ 大时，虽然最大回复加速度也大，平均速率v 变大，但小球经过一次全振动的路程也变大，周期T =s /v ，有可能与θ无关。
T 与L 的关系 如图：
1L 2=0.6m
实验时，为了减小误差，并节省时间，在测量振动周期时，记录20次全振动所需时间t ，运用那个T =t /20算出周期
实验结果：T 1=
T 2=
T 1>T 2，从而验证T 与L 有关
4．提出新的问题：T 与L 有什么定量的关系？
猜想1：T 与L 成正比；
猜想2：T 2与L 成正比。
学生通过对数据进行处理，排除猜想1
教师指出：仅两组数据就得出这样的结论是不科学的，要验证这个猜想，还需要多组实验去验证。
学生实验：学生在教师的指导下继续实验，测出至少5组数据。设计表格并
实验结果：在实验误差范围内，T 2与L 成正比，学生的猜想是正确的。 教师提问：上述数据处理方法是否直观？能否改进处理方法？
学生讨论，结合图像法画出T 2与L 的图像。并比较两种处理方法的优缺点。
5．结合物理学史得出单摆的周期公式
教师：在物理学发展史上，伽利略，惠更斯等物理学家对单摆的振动作过很多研究，最后由惠更斯给出了周期的公式：g
l T π2=，式中g 是重力加速度，L 为摆长
教师提出问题：请同学们设计一个方案定性说明T 与g 的关系。
学生设计方案：
1. 把单摆放到高山上，g 变小，T 变大
2. 把单摆放到赤道上，g 变小，T 变大
3. 把单摆放到月球上，g 变小，T 变大等等
分析评价：大家的设计从理论上说事可行的，但在现有的条件下是很难完成的。我们能否用等效的方法来设计实验呢？
演示实验：在小铁球的下面放一大的强磁性磁铁（小球受到竖直向下的作用力变大，可以认为小球的等效重力加速度g 变大），观察到单摆的周期比没有磁铁时要小，从而说明振动周期T 与g 之间的递减关系。
学生受实验启发，提出类似的几种方法：
1．把单摆放到的斜面上，
2．把单摆放到水中，
3．放到加速上升或下降的电梯中，
学生讨论，点评：
对于方法1是可行的，但必须使斜面比较光滑，以减小摩擦的影响
方法2理论上是可行的，但实际操作中，成功可能性不大，原因是水的阻力比较大，会影响实验的结果。
方法3，也只能是理论上可行，毕竟一般的电梯并不一直保持加速。
6．回归社会和生活，运用单摆的周期公式解决实际问题
问题情景1：一位广州人冬天去哈尔滨旅游，在一家超市以高价购买了一台精致的摆钟，买的时候发现它走时很准。回到广州不到两天就走时相差一分钟多钟。于是大呼上当，心里极其气愤。后来，他求助了“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，那问题出在哪呢？
学生思考讨论
问题情景2：某大学一位教授，在家里通过电视机观看宇航员登月球的情况，他发现在宇航员身边，发射到月球上的仪器舱外一个悬挂着的重物在摆动，教授看了自己的手表，就大致求出了月球上自由落体加速度的数值，请问：他事如何做的？
学生思考讨论
7.课堂小结
教师：通过这堂课的学习，你学到了什么？（鼓励学生发言并辅以适当的引导和提示）
学生发言。
教师肯定学生的发言，并在学生发言的基础上，进一步明确本堂课的主要知识和方法。
8.布置作业
设计实验方案
请设计一个测定当地重力加速度的实验：
应选用哪些实验仪器？
重力加速度的表达式是什么?
需要测哪些物理量？
