高中人教物理选择性必修一2.5 实验：用单摆测量重力加速度（教学设计）同步备课 - 副本

1、第二章机械振动第5节用单摆测量重力加速度本节设计的基本思路是：“重力加速度的测量”这个课题结合高一学生已经积累的物理知识，启发他们利用运动学、力学等知识来设计实验方案验证答案。在研究过程中，教师鼓励学生充分发挥设计、动手实验和处理数据的能力，给予学生合作、交流和表达的锻炼机会。【物理观念】知道实验原理，会对实验结果进行数据处理，并清楚实验中的误差来源。【科学思维】用科学的方法对实验验数据进行处理、分析、误差原因分析。理清思路，用简练、易懂的语言表述研究成果。【科学探究】小组成员协作完成实验报告，共同体验合作探究学习的形式与意义。【科学态度与责任】各组间相互评价，给出合理的完善建议。【教学重点】

2、实验设计思路、实验原理及实验过程中的注意事项；【教学难点】用两种方法进行数据处理及实验误差分析。【引入新课】测量重力加速度的物理意义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。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？ 惠更斯二、【进行新课】探究点一、实验目的、原理实

3、验装置探究点二、实验装置思考与讨论：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？2. 右图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？细线上端的两种悬挂方式探究点三、物理量的测量 实验步骤：1做单摆 (1)让线的一端穿过小球的小孔，然后打一个比小孔稍大一些的结，制成一个单摆。 (2)把线的上端用铁夹固定在铁架台上并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，在单摆平衡位置处作上标记。2测摆长用米尺量出从悬点到小球上端的悬线长l0，再用游标卡尺测量出摆球的直径d，则摆长ll0。

4、测摆球的直径测摆线长度3测周期将单摆从平衡位置拉开一个小角度(摆角小于5)，然后释放摆球让单摆在竖直平面内摆动。当单摆摆动稳定后，过平衡位置时开始计时，测量3050次全振动的时间。计算出完成一次全振动的时间，即为单摆的振动周期T。4改变摆长重测周期将单摆的摆长变短或变长，重复实验三次，测出相应的摆长l和周期T。秒表测单摆的周期探究点四、数据分析 数据处理：平均值法每改变一次摆长，将相应的l和T代入公式中求出g值，最后求出g的平均值。设计如表所示实验表格图像法由T2得T2l作出T2l图像，即以T2为纵轴，以l为横轴。其斜率k，由图像的斜率即可求出重力加速度g。注意事项(1)实验时，摆线长度要远大

5、于摆球直径，且摆线无明显伸缩性，另外摆球要选取密度大且质量分布均匀的钢球。(2)单摆摆球应在坚直平面内摆动，且摆角应小于5。(3)测摆长l时，应为悬点到球重心的距离，球质量分布均匀时等于摆线长加上小球半径。(4)应从摆球经过平衡位置时开始计时，以摆球从同一方向通过平衡位置时计数。(5)适当增加全振动的测量次数，以减小测量周期的误差，一般3050次即可。误差分析(1)测摆长l时只测量出细线长，没有加上小球的半径，使得所测摆长偏小，g的侧量值偏小。(2)测摆动周期时，将N次全振动误记为N1次全振动，使所测周期偏小，g的侧量值偏大。(3)实验时，摆角较大，使得摆动实际周期与有偏差。探究点五、拓展知识

6、单摆实验中的位移时间图各地重力加速度课堂重点知识小结数据处理与分析(1)数据处理公式法： ，算出重力加速度g的值，再算出g的平均值。图象法：作出l T2图象求g值。误差分析随堂练习例1在“用单摆测定重力加速度”的实验中:(1)小博同学制作了如图所示的甲、乙、丙三个单摆,你认为他应选用_图来做实验。(2) 实验过程小博同学分别用了图a、b的两种不同方式悬挂小球,你认为_(选填“a”或“b”)悬挂方式较好。(3)某同学用秒表测得单摆完成40次全振动的时间如图丁所示,则单摆的周期为_s。(4)若单摆在任意摆角时的周期公式可近似为T=T01+asin2 ,式中T0为摆角趋近于0时的周期,a为常数;为了

7、用图像法验证该关系式,需要测量的物理量有_;某同学在实验中得到了如图戊所示的图线,则图线的斜率表示_。【答案】：(1)乙(2)b(3)1.89(4)T(或t、n)、【解析】：(1)单摆在摆动过程中,阻力要尽量小甚至忽略不计,所以摆球选铁球;悬线要细、无弹性,摆长不能过小,一般取1 m左右的细线。故选乙;(2)如果选a装置,摆动过程中,摆长在不断变化,无法准确测量,故选b装置;(3)由图丁可知,单摆完成40次全振动的时间是75.6 s,所以单摆的周期为:T= s=1.89 s;(4)根据T=T01+asin2可知,需要测量的物理量有T(或t、n)、,由T=T01+asin2得,sin2 =( )

8、T-,所以图线的斜率为。例2某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的实验中,(1)用游标卡尺测定摆球的直径,测量结果如图所示,则该摆球的直径为_cm。(2)测得摆线长为89.2 cm,然后用秒表记录了单摆振动30次全振动所用的时间如图甲中秒表所示,则:该单摆的摆长为_cm,秒表所示读数为_s。(3)为了提高实验精度,在实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图乙所示,则测得的重力加速度g=_m/s2。(取3.14,计算结果保留三位有效数字)【答案】 (1)0.97(2) 89.68557.0(3)9.86【解析】(1)主尺示数为9 mm,游标尺示数为0.17 mm=0.7 mm,故小