高中物理5 实验用单摆测量重力加速度教学设计学情分析教材分析课后反思.docx

高中物理5 实验用单摆测量重力加速度教学设计学情分析教材分析课后反思.docx

《高中物理5 实验用单摆测量重力加速度教学设计学情分析教材分析课后反思.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理5 实验用单摆测量重力加速度教学设计学情分析教材分析课后反思.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高中物理5实验用单摆测量重力加速度教学设计学情分析教材分析课后反思

实验：

用单摆测量重力加速度

【教学目标】

1．学会用单摆测定当地的重力加速度。

2．能正确使用秒表。

3．巩固和加深对单摆周期公式的理解。

4．学习用累积法减小相对误差的方法。

【教学重难点】

1．学会用单摆测定当地的重力加速度。

2．学习用累积法减小相对误差的方法。

【教学准备】

长约lm的细丝线一根，球心开有小孔的金属小球一个，带有铁夹的铁架台一个，毫米刻度尺一根，秒表一块，游标卡尺一把。

【教学过程】

一、实验思路

教师：

上节课学习了单摆的相关知识，大家是否还记得单摆的周期公式？

引导学生会顾单摆的周期公式以及试用条件

1．公式：

2．使用条件：

（1）

（2）小球为质点（大小与绳长相比可以忽略不计）

教师：

可以看出周期公式中含重力加速度g，那么我们可以根据测量单摆的周期来间接测量重力加速度的大小。

3．测量原理：

其中

为摆长，

为单摆的周期

由于一般单摆的周期都不长，例如摆长1m左右的单摆其周期约为2s。

所以依靠人为的秒表计时产生的相对误差会很大。

针对这一问题本实验采用累积法计时。

即不是测定一个周期，而是测定几十个周期，例如30或50个周期。

这样一来，人用秒表计时过程中产生的误差与几十个周期的总时间相比就微乎其微了。

这种用累积法减小相对误差的方法在物理实验中经常会遇到，希望学生要认真领会其精神实质，为以后的应用打下基础。

二、实验装置

教师出示装置的对比图，让学生判断选择哪种装置。

学生选择并让学生给出选择的理由。

教师进行总结：

①让线的一端穿过小球的小孔，然后打一个比小孔大一些的线结，做成单摆。

②把线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自由下垂，在单摆平衡位置处做上标记，如图所示。

实验时p上纹个位置为基础。

三、物理量的测量

1．摆长的测量

教师：

根据测量原理，我们需要测量的物理量有：

摆长?

?

和单摆的周期?

?

，那么测量摆长怎么测量：

学生：

刻度尺测量。

教师：

刻度尺测量哪一部分？

学生回答。

教师引出摆长=悬点到小球球心的距离，即：

摆长=绳长=小球半径。

教师：

小球的半径如何测量？

学生谈论并给出测量方法。

教师出示游标卡尺，复习游标卡尺的使用方法及读数。

0.3mm

4.1mm

10.5mm

10.90mm

10.24mm

17.00mm

2．周期的测量

（1）回顾秒表的使用及读数方法：

2分7.6秒

1分51.4秒

（2）单摆周期的测量方法：

引导学生回顾单摆的周期是什么？

怎样测量单摆的周期比较准确？

学生讨论，教师总结：

从摆球通过平衡位置开始记时，并且采用倒数到0开始记时计数的方法，即……4，3，2，1，0，在数到“零”的同时按下秒表开始记时计数。

测量n个周期的总时间t，用t/n得到单摆的周期。

四、实验步骤

1．用米尺测出悬线长度L（准确到毫米），用游标卡尺测出摆球的直径D。

2．将摆球从平衡位置拉开一个很小角度（不超过5°），然后放开摆球，使摆球在竖直平面内摆动。

3．用秒表测出单摆完成30次或50次全振动的时间（注意记振动次数时，以摆线通过标记为准）。

4．计算出平均完成一次全振动所用的时间，这个时间就是单摆的振动周期。

5．改变摆长，重做几次实验，每次都要记录摆线长度L，振动次数以和振动总时间t。

6．根据单摆的周期公式，计算出每次实验的重力加速度，求出几次实验得到的重力加速度的平均值，即是本地区的重力加速度的平均值。

7．将测得的重力加速度数值与当地重力加速度数值加以比较，分析产生误差的可能原因。

【典型范例导析】

用单摆测定重力加速度的数据处理方法有哪些？

试用自己的语言叙述误差来源及误差分析。

解析

（1）数据处理方法

方法一（公式法）

根据公式

可以计算出重力加速度的数值。

但在实际实验中上式应改写成

（L’为摆线长度）

gl=__________=_______，g2=__________=__________，

g3=__________=__________，取平均值g=__________。

方法二（图象法）

作T2-L图象。

由

可以知道T2-L图象应是一条过原点的直线，其斜率

的物理意义是

。

所以作出T2-L图象后求斜率

（

），然后可求出重力加速度

。

五、注意事项

1．选择细线时应选择细、轻而且不易伸长，长度约1米左右的细线，小球应选密度较大、半径较小的金属球。

2．单摆摆线的上端应夹紧，不能卷在铁夹的杆上，以免造成悬点不固定，摆长变化的现象。

3．测量摆长时应注意是悬点到球心的距离，等于摆线长加上小球半径。

注意摆线长与摆长的区别。

4．要使单摆在竖直平面内摆动，不要形成圆锥摆。

5．要注意控制摆球的最大摆角不超过5°。

6．计算单摆的振动次数时，应从小球通过最低位置时开始计时，同方向再次通过最低位置时，计数为1、2……。

7．改变悬线长度多次测量，最后求出g的平均值。

六、误差分析

1．系统误差

主要来自于单摆模型本身是否符合要求，即悬点是否固定，摆球和摆长是否符合要求，最大摆角是否不超过5°，是否在同一竖直平面内摆动等。

2．偶然误差

（1）主要来自于时间测量，测量时间时要求从摆球通过平衡位置开始计时，在记次数时不能漏记或多记。

同时应多次测量，再对多次测量结果求平均值。

（2）测长度和摆球直径时，读数也容易产生误差。

秒表读数读到秒的十分位即可。

七、跟踪训练：

1、在做“用单摆测定重力加速度的实验”中为了减小误差，应注意的事项是（）

A．摆球以选密度大，体积小的小球为好;B．摆长以0.25米为宜;

C．摆角应小于5°;D．摆线的悬点要固定，避免摆动中出现移动或晃动;

E．要使单摆在竖直平面内摆动，不得使其形成锥形摆或摆球转动;

F．测量周期时，应从摆球通过最低点时开始计时.

①A、B、C、D项正确②只有E、F项正确③ACDEF正确④都正确

2、某同学测定的g的数值比当地公认值大，造成的原因可能是（）

①摆球质量太大了；②量摆长时从悬点量到球的最下端；

③摆角太大了（摆角仍小于5°）；④计算摆长时忘记把小球半径加进去；

⑤计算周期时，将n次全振动误记为n+1次

3．周期为2s的摆叫秒摆，若要将秒摆的周期变为1s，下列措施可行的是（）

A．将摆球的质量减半B．将振幅减半C．将摆长减半D．将摆长减为原来的1/4

4、为了提高实验精度，在试验中可改变几次摆长L，测出相应的周期Ｔ，从而得出一组对应的L与T的数值，再以L为横坐标Ｔ２为纵坐标，将所得数据连成直线如下图所示，则测得的重力加速度g=。

5、在做“用单摆测定重力加速度”的实验时，用摆长l和周期T计算重力加速度的公式是g=______.若已知摆球直径为2.00cm,,让刻度尺的零点对准摆线的悬点，摆线竖直下垂，如图所示,则单摆摆长是_______m.若测定了40次全振动的时间为75.2s,单摆摆动周期是_______s，为了提高测量精度，需多次改变l值，并测得相应的T值.现将测得的六组数据标示在以l为横坐标，以T2为纵坐标的坐标系上,即图中用“。

”表示的点，则:

（1）单摆做简谐运动应满足的条件是______________

（2）试根据图中给出的数据点作出T2和l的关系图线，根据图线可求出g=_______m/s2.（结果取三位有效数字，取π2=9.86）

学生通过对本章前面知识的学习，了解了简谐运动的特点以及描述方法。

在第四节学习了单摆之后，学生知道单摆是一个理想化模型，对线、球都有一定的要求，单摆周期公式表明，单摆周期由摆长决定，受重力加速度影响。

从学生课堂表现来看，单摆的基本知识及周期公式能做到基本的掌握可以达到基本要求。

对于公式变形推理也比较容易接受，但从整体上来说，学生逻辑思维能力及知识的严谨性有所欠缺。

从知识掌握角度来说，在进行实验探究之后，需要让学生跟上相当的练习来对该部分知识进行巩固强化。

从课堂教学所展示的情况来说，本节课基本上能达成预设目标。

学生对于单摆测重力加速度的原理能够有清晰地认知，在课堂上通过分组实验顺利的完成了实验探究，课后练习显示知识掌握让人满意。

从实验探究过程来说，对严谨认真的态度再次进行了强调，效果比较理想。

本节课是人教版高中物理选择性必修第一册第二章机械振动的第五节，该部分知识与第四节单摆紧密联系，在学习简谐运动，并认知典型的简谐运动——单摆之后，我们已经学习了单摆的周期公式。

本节课要求利用单摆的周期公式推导重力加速度的计算公式，通过该实验的探究，让学生对单摆有更加深入的认识，同时掌握简谐运动知识的熟练应用。

该部分知识的设置从单摆周期公式入手，层层递进，既考虑到知识的零活应用，又在此基础上进一步强化知识应用能力，同时对于学生实验探究能力及数据分析能力都有更高的要求。

1、在做“用单摆测定重力加速度的实验”中为了减小误差，应注意的事项是（）

A．摆球以选密度大，体积小的小球为好;B．摆长以0.25米为宜;

C．摆角应小于5°;D．摆线的悬点要固定，避免摆动中出现移动或晃动;

E．要使单摆在竖直平面内摆动，不得使其形成锥形摆或摆球转动;

F．测量周期时，应从摆球通过最低点时开始计时.

①A、B、C、D项正确②只有E、F项正确③ACDEF正确④都正确

2、某同学测定的g的数值比当地公认值大，造成的原因可能是（）

①摆球质量太大了；②量摆长时从悬点量到球的最下端；

③摆角太大了（摆角仍小于5°）；④计算摆长时忘记把小球半径加进去；

⑤计算周期时，将n次全振动误记为n+1次

3．周期为2s的摆叫秒摆，若要将秒摆的周期变为1s，下列措施可行的是（）

A．将摆球的质量减半B．将振幅减半C．将摆长减半D．将摆长减为原来的1/4

4、为了提高实验精度，在试验中可改变几次摆长L，测出相应的周期Ｔ，从而得出一组对应的L与T的数值，再以L为横坐标Ｔ２为纵坐标，将所得数据连成直线如下图所示，则测得的重力加速度g=。

5、在做“用单摆测定重力加速度”的实验时，用摆长l和周期T计算重力加速度的公式是g=______.若已知摆球直径为2.00cm,,让刻度尺的零点对准摆线的悬点，摆线竖直下垂，如图所示,则单摆摆长是_______m.若测定了40次全振动的时间为75.2s,单摆摆动周期是_______s，为了提高测量精度，需多次改变l值，并测得相应的T值.现将测得的六组数据标示在以l为横坐标，以T2为纵坐标的坐标系上,即图中用“。

”表示的点，则:

（1）单摆做简谐运动应满足的条件是______________

（2）试根据图中给出的数据点作出T2和l的关系图线，根据图线可求出g=_______m/s2.（结果取三位有效数字，取π2=9.86）

本节课为实验教学，从课堂教学的实际情况来说，基本实现了教学目标，但是在课堂教学中出现了一些不尽如人意的情况。

对于前期知识的掌握如游标卡尺读数等需要经常强化练习，在知识处理的细节及科学探究的严谨态度上学生有较大欠缺，因此需要长期的强化与巩固，同时在平时的教学中当不厌其烦的对学生进行详细的指导，从而使学生不断提高。

从课堂教学效果来看，本节课对于学生前期掌握知识的情况认识有所欠缺，应先加以复习巩固再应用效果会更好一些。

同时给学生留的展示机会不够多，应让更多的学生获得展示机会。

《普通高中物理课程标准（2017年版）解读》对本节课的要求如下：

通过实验，探究单摆的周期与摆长的定量关系。

知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系，会用单摆测量重力加速度的大小。

通过该部分知识的学习，要求学生通过实验收集单摆的周期和摆长关系的数据，尝试用不同的曲线拟合实验曲线，得出周期和摆长的二次方根成正比的关系。

有条件时可以练习用计算机处理实验数据，发展学生分析和处理实验数据的能力，进而发展科学探究能力。

同时单摆也是一种理想模型，研究单摆时要让学生经历建构模型的过程。

在学生前期已经学习完单摆及其周期公式之后，通过实验探究让学生依据单摆周期公式测定重力加速度，实验中要注意尽量减小误差。