单摆研究性学习教学尝试(大成中学许曼平孙正兵)

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1、“单摆”研究性学习教学尝试许曼平孙正兵(北京市大成学校北京100039)北京教育学院丰台分院吴勤智审稿2000年3月教育部颁布了《全日制普通高级中学课程计划》（试验修订稿）。该计划明确将研究性学习列为普通中学的必修课，即研究性课程。这项课程改革目的在于进一步贯彻素质教育的思想，突出主动探究式的学习方法，旨在全面培养学生综合运用所学知识的能力，搜集和处理信息的能力，分析和解决问题的能力，语言文字表达能力的以及团结协作的能力。该项改革还有利于培养学生的独立思考的习惯，激发学生的创新意识。物理是一门以实验为基础的学科。研究性课程的开设为中学物理学提供了的更为广阔的天地，当然

2、也对中学物理的教学方法和教学模式提出了新的要求。笔者在高中物理第一册（必修）“单摆”一课的教学中进行尝试，以探究的方式引导学生学习，把教师的教转化为学生研究性的学，运用信息技术解决物理学习的实际问题，体现信息技术与物理课程的整合，引导学生从物理观察、实验获得第一手数据，再使用计算机进行处理，以实现建立科学描述物理过程本质特征数学模型的目的。1．设计方案（1）在观察单摆振动的基础上，把你认为影响单摆周期的因素，排列出来。（为了便于抓住主要因素，建议在分析比较的基础上，对本实验列出的因素以不超过4项为宜）（2）选择实验器材、确定实验流程、明确需要采集的数据和记录的方式，按

3、照操作规范进行实验，由2～3人组成实验小组，各小组分别研究不同的摆长，对全班同学测量数据输入计算机进行处理数据。（3）用Excel绘制T－X散点图。依据数据点分布的整体，选择适当的函数进行拟合，得到对应的函数式。2．课前准备（1）教学在实验室进行，学生2人一组，每组备有下列实验器材：铁架台及铁架、中心有小孔的金属小球（或塑料球）、约1m的细线、秒表、刻度尺。（2）实验记录的表格（3）笔记本电脑及投影仪3。教学过程（1）巧妙引入，提出问题教师：什么是简谐振动答：物体做机械振动，受到的回复力大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反。前节课我们学习了弹簧振子，了解简谐振动和

4、振动周期。日常生活中我们常常见到钟表店摆钟摆锤的振动，这种振动有什么特点，根据什么原理制成的？钟摆类似于物理上一种理想模型－单摆，今天我们就来学习单摆。（2）启发引导，实验探索教师拿出单摆展示，同时介绍单摆的构成在一个固定的悬点下，用一根不可伸长的细绳，系住一个小球，在竖直平面内小角度地摆动，单摆要求绳子轻而长，小球要小而重。单摆振动在某一平衡位置附近来回振动，这个平衡位置就是绳子处于竖直的位置。学习机械振动，曾经提到机械振动的两个必要条件，一是运动中物体所受阻力足够小，二是物体离开平衡位置后，总是受到回复力的作用。对于第一条件单摆是符合的，单摆绳要轻而长，要求小球小

5、而重都是为了减少阻力，第二条件回复力，提问：单摆的回复力由谁来提供？（展示幻灯片）①单摆的回复力要分析单摆回复力，先从单摆受力入手，单摆从A位置释放，沿AOB圆弧在平衡点O附近来回运动，以任一位置C为例，此时摆球受重力G，拉力T作用，由于摆球沿圆弧运动，所以将重力分解成切线方向分力G1和沿半径方向G2，悬线拉力T和G2的合力必然沿半径指向圆心，提供向心力，那么另一重力分力G1不论在O左侧还是右侧始终指向平衡位置，而正是G1作用下摆球才能回到平衡位置。（此处再复习平衡位置与回复力关系？平衡位置是回复力为零的位置）因此G1就是单摆的回复力。回复力怎么表示？②单摆振动是简谐

6、振动推导证明，摆动角度α<50，单摆的回复力为大小：F＝KxK=方向：与位移方向相反弹簧振子系统和单摆都是简谐运动，从回复力上说，虽然具有同一特征，但由不同的力来提供，弹簧振子回复力是弹力，单摆则是重力的一个分力。弹簧振子系统周期与振幅无关，单摆的周期和振幅有什么关系，还与哪些因素有关？下面我们做实验来看一看。③单摆的周期启发学生思考周期可能与哪些因素有关，单摆振幅、摆球质量、摆长，采用控制变量法。【演示1】两个相同的单摆（在摆角较大时），做振幅大小不等的振动现象：两摆振动的快慢不同（不同步）即在摆角较大时，改变振幅大小，单摆的振动周期不相同。【演示2】将摆长相同，质

7、量不同的摆球拉到同一高度释放。现象：两摆球摆动是同步的，即说明单摆的周期与摆球质量无关，不受影响。【演示3】将摆长相同，摆角小于50的情况下，两个摆球从不同高度释放。现象：摆球同步振动，说明单摆的振动周期和振幅无关。【演示4】取摆长不同，注意α<50，周期与摆长关系，学生分组实验（3）分析归纳，得出结论按事先编排顺序分别测量单摆摆长从10cm～120cm的周期，说明一下，为了节省时间每两组测同一的摆长，把全班分成23组，每摆长增加10cm为一组，分别把全班学生实验数据输入计算机，学生一边做实验，一边收集数据，让一个学生专门在计算机操作，这样，学生做完