人教版 (2019)5 实验：用单摆测量重力加速度教学设计

这是一份人教版 (2019)5 实验：用单摆测量重力加速度教学设计，共8页。教案主要包含了提出问题 引入课堂等内容，欢迎下载使用。


课 题
2.5 实验：用单摆测量重力加速度
课 型
新授课 eq \\ac(□,√) 复习课□ 试卷讲评课□ 其他课□
授课班级
授课时间
2023年 月 日
教学内容分析
《实验：用单摆测量重力加速度》本节课是和单摆作为一节，现在独立出来，更加凸显实验动手能力。根据教科书的实验步骤，学生可以选择图形法，通过改变摆长得到多组数据，从推到出重力加速度。
学习者
分析
前面几节学生学习了简谐运动的受力和运动特点。知道了能量的变化情况。对单摆的周期表达式已经深入了解，本节课主要应用单摆测量当地重力加速度。学生已经有了一定的观察分析能力、归纳总结能力和逻辑思维能力。而且学生具有一定的实验探究能力。
教学目标与核心素养
物理观念∶能够从周期公式推导得到重力加速度的表达式。
科学思维∶从表达式中能够知道需要测量的物理量，并且设计实验。
科学探究：能分析数据、发现规律、形成合理的结论，能用已有的物理知识解释相关现象。
科学态度与责任∶培养学生动手能力。
教学准备
多媒体课件、相关实验器材。
活动设计
教学内容
教师活动
学生活动
评价任务
【提出问题 引入课堂】
一、新课引入
了解地球表面重力加速度的分布，对地球物理学、航空航天技术及大地测量等领域有十分重要的意义。为此，就需要了解测量重力加速度的方法。理论上，与重力相关的物理现象都可以用来测量g。例如，利用自由落体运动、平抛运动、单摆运动的等，只要表达式里含有g即可。
设计意图：通过生活中的例子，引入课题，激发学习兴趣。
教师引导学生总结测量重力加速度的方法
自由落体发
平抛运动
单摆运动
引入新课
思考
讨论
总结测量重力加速度的方法
培养学生逻辑思维能力，语言表达能力。
知识点一：实验思路
（一）实验思路
惠更斯在推导出单摆的周期公式后，用一个单摆测出了巴黎的重力加速度。我们也可以采用同样的办法，测量所在地区的重力加速度数值。
当摆角较小时，单摆做简谐运动，根据其周期公式可得。
想一想，要根据上式测量重力加速度，需要测量哪些物理量？应该如何设计实验装置、选择实验器材？怎样才能减小实验误差？
为了保证角度在小于5的范围内，要使用量角器。
教师引导学生根据惠更斯得出的单摆周期表达式，提出问题
要根据上式测量重力加速度，需要测量哪些物理量？应该如何设计实验装置、选择实验器材？怎样才能减小实验误差？
为了保证角度在小于5的范围内，要使用量角器。
思考、讨论、小组形式回答教师提出的问题
从解决问题的角度探讨物理问题，引导学生从建立物理与实际的联系。
二：实验设计以及物理量的测量
（二）实验装置
如图将铁夹固定在铁架台的上端，铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，方便使用不同长度的摆线。
思考与讨论
1. 线有粗细、长短的不同，伸缩性也有区别。不同的小球，质量和体积有差异。想一想，应如何选择摆线和摆球？为什么？
解析：这条细线不可伸长，并且没有质量，而小球可以被看成一个质点。只有这样的模型才是单摆，
2. 画出了细线上端的两种不同的悬挂方式。应该选用哪种方式？为什么？你还有更好的设计吗？
解析：上端没有固定，摆起来时他一定在杆上动来动去。
（三）物理量的测量
1.摆长的测量
摆长是摆线长度和小球半径之和。怎样测量才能减小误差？
方法：
①用刻度尺直接侧量小球球心与悬挂点之间的距离作为摆长l。
②用游标卡尺测量小球的直径d，用刻度尺测量悬挂点与小球上端之间的距离l′，则摆长l＝l′＋d/2。
③用刻度尺先测量悬挂点与小球上端之间的距离l1，再测量悬挂点与小球下端之间的距离l2，则可得摆长l＝( l1＋l2)/2
2.周期的测量
实际上单摆的周期很短，可想而知，用停表直接测量一个周期的误差会很大。为了减小误差，可以测量多次全振动的总时间，用这个总时间除以全振动的次数，就能求出一个周期的时间。这样测量的绝对误差没有改变，但相对误差就减小了，T＝t/n。
问题：测量总是从摆球在哪个位置开始计时呢？
从最高点或者最低点开始，不过在实际操作中，最低点的速度最大通过的时间就最短，那时间测量的误差就最小，所以最佳的测量位置就是最低点。具体操作是这样的，在摆球通过最低点的时候，同时按下停表，最后每次摆球通过最低点次数加一，依次类推。像这样数到40全振动的次数就是40/2，也就是20次，总之间恰好是40.0秒。那么单板的周期就是40÷20等于两秒。
引导学生做单摆运动装置，提出问题
线有粗细、长短的不同，伸缩性也有区别。不同的小球，质量和体积有差异。想一想，应如何选择摆线和摆球？为什么？
2. 画出了细线上端的两种不同的悬挂方式。应该选用哪种方式？为什么？你还有更好的设计吗？
教师介绍所测量的物理量以及方法
根据所学单摆知识和手边的实验器材设计单摆
思考、回答教师提出的问题
思考，操作，读数
学生通过自制单摆，根据教师提出的问题进行深入思考，对实验进行逐步改进，培养学生严谨的科学思维。
学生亲自动手实验，培养学生动手实验能力。
三：实验数据分析
（四）数据分析
平均值法：改变摆长，重做几次实验．计算出每次实验的重力加速度，最后求出几次实验得到的重力加速度的平均值。
图象法：分别以l和T2为纵坐标和横坐标，作出 的图象，它应该是过原点的一条直线，根据这条直线可以求出斜率k，则重力加速度值g＝4π2k。
做一做：查询所在地区的重力加速度值，并与测得的结果进行比较。如果有差异，想想可能是什么原因造成的。
提出问题；根据我们测出的数据，如何得到重力加速度呢？
总结得出重力加速度的方法
认真分析、总结得出重力加速度的方法，根据自己得出的数据算出当地重力加速度
将实验值与查得的重力加速度进行对比，思考误差来源。
课堂练习
例1：在用单摆测量重力加速度的实验中，下面的叙述哪些是正确的，哪些是错误的？
A.摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一些
B.摆球尽量选择质量大些、体积小些的
C.为了使摆的周期大一些，以方便测量，开始时拉开摆球，使摆角较大
D.用刻度尺测量摆线的长度l，这就是单摆的摆长
E.释放摆球，从摆球经过平衡位置开始计时，记下摆球做50次全振动所用的时间t，则单摆周期T ＝t/5
例2：某同学在实验探究a、b两个物理量之间的定量关系时，测得了6组实验数据如下表所示，它们的单位为 P、Q。请用图像（图 2.5-4）处理实验数据，寻找它们之间的定量关系，根据图像推出a、b之间关系的表达式，如果有常数，写出常数的数值和单位。
a/P
0.5
0.8
0.9
1.0
1.2
1.5
b/Q
1.42
1.79
1.90
2.00
2.20
2.45
例3：某一弹簧振子完成10次全振动需要2s的时间，在此2 s的时间内通过的路程是80cm。求此弹簧振子的振幅、周期和频率。
课堂小结
师生共同总结
主板书设计
2.6 实验：用单摆测量重力加速度
一、实验思路
二、实验装置
三、实验数据测量
四、实验数据处理
五、小结
教学反思