高中物理教学论文：“单摆演示实验”的创新设计

1、“单摆演示实验”的创新设计单摆这一节是高中物理简谐运动的实例应用。现实生活中的许多摆动可近似地看成单摆运动，研究单摆运动规律将直接有助于我们解决这类实际问题，所以本节知识属于高中物理中的重点知识，是高中物理振动的核心内容。现代教育理论认为，科学教学必须让学生们参与以探究为目标的研究活动，使老师和学生一起相互启发相互促进。对从学生们所亲历的事物中产生的一些实际问题进行探究，是科学教学所要采取的主要做法。基于这种理念，本节课主要采用如下演示实验的改进与创新引导学生进行问题的探究和讨论，以期达到教学目标。1、为了加深和强化学生对单摆模型的理解，可以自制四个实际的摆：一根较长的粗麻绳系一个小钢球；一根

2、较长的橡皮筋系一个小钢球；一根较短的细线系一个大球（线长与球直径差不多）；一根长细线系一个小钢球，但悬点没固定。分别让四个摆摆动，由学生讨论后总结出单摆的要求：摆线“轻而长”，摆球“小而重”，悬点固定。2、为了做好单摆振动图像的演示实验，针对教材中的演示装置的缺点：如沙摆摆动时其重心会发生明显变化；纸板很难保证让其做匀速直线运动等等，可进行如下改进：用金属铜制成内壁很厚中空较小的小漏斗，漏斗嘴的尺寸以刚能漏下细沙为宜；将一个小型皮带传动装置中的皮带用透明的中央画有红色横轴的塑料薄膜带替换，利用23节干电池提供电源带动透明带匀速运动；若在漏斗中装细沙，则漏斗摆动时不断漏出的细沙落在透明带上就记录

3、了摆的运动情况，从而得到了单摆的振动图像。整个演示过程可投影出来，效果很好。3、为了使学生顺利接受和掌握单摆的周期公式，在课堂上做好演示实验非常重要。因为面对单摆许多学生往往会产生一些不正确的想法：认为振幅大了，周期也会增大；摆球质量大了，回复力也大，因而振动加快，周期将减小。这些模糊认识，只有通过实验才能予以纠正加深理解。教材上给出的单摆振动演示实验，除比较麻烦外，现象也不太明显，且不能研究周期与重力加速度的定性关系。由于所用时间长，故课堂气氛不很活跃。针对上述不足，可进行如下改进与创新：器材准备：一根约1米长的细线；体积相等的实心钢球和实心铝球各一个（两球底部各焊接一根约2厘米长的轻细金属

4、杆）；铁架台；光电计时器（由2个光电门和1个能显示时间的数字大屏幕显示器组成）；米尺1根；导线若干根；磁铁1块；电源插座1个。器材组装：、将细线系好钢球，挂在铁架台上，使悬点固定，钢球下部轻细杆竖直向下，细线与钢球球心的总长度即摆长为1米； 、将两个光电门分别与数字显示器连接好，将任一个光电门固定在钢球静止时其下部轻细杆的正下方，且使轻细杆的下端靠近光电门的底部但不接触，另一个光电门放在离单摆装置较远处。实验原理：将数字显示器接通电源（220v交流电），并使它处于测周期的功能状态，此时显示为0.000秒（学生可直接观察到）；让摆球做小角度摆动，当摆球下部的轻细杆第一次通过其下端的光电门时，可以

5、看到数字显示器屏幕上的数字发生变化，表明此刻开始计时，当轻细杆第三次通过光电门时，数字停止变化；学生可分析得出：该计时器记录的是单摆的一个周期且可精确到0.001秒；若用秒表计时做这个实验通常要记录3050次全振动的时间再取平均值求出周期，而用该光电计时器计时，由于其精确度高，因而可只测5个周期再取平均值求周期（甚至可只测一个周期）即可。利用这套装置可以很方便地改变摆的振幅、摆球质量（换一个摆球即可）、摆长（可将摆长缩短至原长的四分之一）及摆球所在处的重力加速度（在光电门下方放上一块大的强磁铁，相当于其附近的重力加速度增大），学生观察实验后可发现：在摆角很小的情况下，单摆振动的周期跟振幅及摆球质量无关，与摆长有关（当摆长减为原长的四分之一时，周期变为原周期的二分之一），与当地的重力加速度有关（重力加速度越大，周期越小）。（控制变量法）改进后的实验，现象非常直观、明显，成功的演示实验使学生获得了丰富的感性认识，同时也调动了优秀学生积极思维，激发后进生积极参与到实验中来的强烈兴趣，提升了学生实验观察和设计能力、科学探究能