2.5 实验：用单摆测量重力加速度

“教学评”一体化教学设计课时设计课题2.6实验：用单摆测量重力加速度课型新授课eq\o\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)/22.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/P0.50.80.91.01.21.5b/Q1.421.791.902.0