2024-2025学年高中物理第一章机械振动5学生实验：用单摆测定重力加速度教案1教科版选修3-4

PAGE6-单摆关键词：探究式试验教学物理学是一门以试验为基础的自然学科，在中学的各门基础课程中，物理课在提高学生的核心素养方面起着无可替代的作用。试验教学在物理教学中有着重要地位，通过试验，不仅能提高学生学习物理的爱好，培育了他们的实践实力、分析实力，更重要的是可以形成他们实事求是的世界观。一．发展学生核心素养：1.通过创设学生感爱好的问题情境，引导学生运用已有的简谐运动及其图象，振幅、周期、频率、简谐运动的回复力和能量等概念和规律分析单摆模型，学会用守恒定律解决问题的方法。2.作为简谐运动的应用实例，学习单摆的运动规律、受力状况和图象特点，加强对单摆内容的理解、深化。3．会做“用单摆测量重力加速度的大小”的试验，能恰当选用基本的试验器材进行试验，会设计试验方案，能对试验器材进行规范操作，获得试验数据。能通过不同方式分析数据，获得结论，并尝试作出说明。能用科学的语言撰写试验报告。二．教学重点、难点:1.理解单摆做简谐运动的受力条件，并体会物理学中常用的近似的方法。2.通过试验视察、设疑、释疑的方式引入单摆周期公式，培育学生探求和分析新问题的实力并加深对公式的物理意义的理解。三．教学方法试验视察法、分析归纳法、讲练法四．教学过程：【前置学习】简谐运动可以依据其运动学特征和力的特征来定义。那么依据其运动学特征的定义是什么？依据其力的特征的定义是什么？【新知探究】（一）什么是单摆？阅读课本第14页第1、2段，思索：什么是单摆？1.⑴细致视察右图所示三个摆，推断它们是不是单摆，为什么？（提示：从细线质量、长度、摆球所受空气阻力几方面考虑。）⑵单摆由什么构成？其“志向化”体现在哪里?2.单摆摇摆时摆球在做振动，它是不是在做简谐运动，请结合前置学习第1题提出你的验证方法？3.视察课本第15页的演示试验，画出的振动图像是怎样的曲线？（可以演示）(提示：依据X-t图像推断有肯定难度，因为我们无法直观地推断曲线的种类。)（二）单摆的回复力阅读课本第15页单摆的回复力部分，完成下列问题。1.摆球在AA'间运动时，是什么力使它总能回到O点?其大小是多少？2.在偏角θ很小时，若设单摆的回复力为F，摆长为l，摆球对O点的位移为,则F与的关系是怎样的？3.单摆的振动可看作简谐运动的条件是什么？跟踪训练1下列关于单摆的说法正确的是（）A.单摆作简谐运动时，到达平衡位置时回复力为零.B.单摆的回复力是摆球重力沿细线方向的分力.C.只有在偏角很小时，单摆的振动才可视为简谐运动.D.单摆作简谐运动时，到达两振动端点时合力为零.（三）单摆的周期1.单摆的振动可视为简谐运动时，请你猜想它的周期可能与哪些因素有关？注：学生自由分析揣测，不设标准答案。2.你将怎样探究周期与这些可能因素的关系？如何设计探讨的试验方案？用到了什么试验方法？（分组探讨后集中比较筛选，原则是简洁、易操作、现象明显。）视察对比性演示试验并记录结果：（同时通过视察演示，了解安装单摆的方法和留意点。）在这一环节的教学中,以问题的形式环环相扣，按部就班，增加试验的趣味性、问题性、探究性和应用性。让学生真正成为试验活动的主子,老师成为学生试验的组织者和合作者,而不是权威的讲授者和示范者。对不同的学生和不同的试验环境,这些形式可以选择,各有侧重,又互不割断。尤其体现在自主活动。通过学生自觉地参加试验活动,探究性试验是在学习物理规律之前进行的,目的是让学生通过对试验现象的视察,分析、归纳、总结出物理规律,或依据提出问题、猜想假设、设计试验方案、进行试验与收集证据、分析论证、评估、沟通与合作的步骤探究物理规律,使学生体验科学探究的过程,感悟物理规律的形成过程,驾驭探究自然规律的思想方法。活动过程中特殊强调的是学生试验的主动性,老师的作用是对学生试验的困难供应必要的指导和帮助。3.通过试验探究，你得出的结论是什么？思索：如何探究周期和重力加速度的关系？启发与演示：虽然我们所在地理位置的重力加速度不能变更，但是我们可以为探讨的单摆模拟出不同的重力速度环境。（1）模拟重力加速度为0的状况演示试验：如图，用手中的铁夹夹住细线上端，下端悬挂的小球绕固定点做小角度摇摆。在摆球到达某一端点瞬间突然松手，整个振动系统一起下落，要求学生视察下落过程中小球的摇摆状况。试验结果：试验分析：系统自由下落，系统内一切物体均处于完全失重状态，等效重力加速度为0。试验表明：（学生归纳）（2）模拟重力加速度增大的状况演示试验：如图，两个相同的单摆相隔肯定距离做同振幅摇摆，摇摆过程中突然在其中一个摆球的正下方放置一块强磁铁，要求学生视察该摆球以后的摇摆快慢。试验结果：试验分析：重力加速度在数值上等于物体的重力大小和物体的质量之比，忽视地球自转影响，重力大小又等于地球对物体的吸引力，那么，假如不变更物体的质量，设法增大物体所受吸引力，就相当于物体所在环境的重力加速度增大了。试验表明：（学生归纳）这一环节的教学中留意试验设计。试验设计是中学物理试验学习实力的较高要求,是对学生操作技能和思维品质的综合检测,是有效的试验学习方式之一。试验的设计要尽可能采纳较少的仪器，所运用的仪器要尽可能简洁，设计的选题要尽可能与日常生活实际相联系，试验的原理要尽可能在中学物理范围之内。由老师给出试验课题、供应试验器材、提出试验要求，让学生自己设计试验方案，并选取日常生活中的一些物品作试验器材，自制一些简洁的仪器或零件。就地取材，用简洁的器材做试验的方法还富于教化意义。因为这样做能使学生感到物理就在自己身边，探讨物理并不神奇，从而调动学生的学习主动性、主动性，培育创建精神。试验设计的特点是情景新、方法活,具有开放性,要求学生对试验的原理有透彻的理解,对试验器材有所取舍和组合,能依据设计的要求和条件,进行分析和推断,制定试验的方案。4.阅读第16页试验，思索：怎样探究周期与摆长的定量关系？用什么仪器测量周期、摆线长和小球直径的大小？小组探讨，得出试验方案和所采纳的器材，分组试验。试验记录：摆球直径d=m（为节约时间，可不同小组分工合作。）试验次数线长(m)摆长(m)30次全振动时间(s)周期(s)12345数据处理：这一环节留意合作与沟通。合作与沟通是一种高效的学习方式。老师在试验教学过程采纳小组合作的学习方式,让学生在合作沟通中获得学问,促进理解,提高实力。同时强化学生试验探究实力的培育，探究性物理试验的设计不仅有视察、测量的过程，而且须要建立物理模型，对试验的现象和结果用依据物理模型得出的表达式进行说明，从而培育学生运用理论解决实际问题的实力。5.单摆简谐振动时的周期公式荷兰物理学家惠更斯探讨了单摆的摇摆，定量得到：单摆做简谐运动的周期T跟摆长L的二次方根成正比，跟重力加速度g的二次方根成反比，跟振幅、摆球的质量无关。跟踪训练2下列关于单摆作简谐运动时振动周期的说法中正确的是（）A.单摆的振动周期与摆球质量无关.B.振幅越大，单摆的振动周期越大.C.在探究周期与摆长的定量关系时，测量单摆周期所用的仪器是摆钟.D.将一单摆由珠穆朗玛峰的山脚移到山顶时，其振动周期变长了.【自我演练】1.下列关于单摆的说法正确的是()A.选择摆球时，只要质量大些即可，不必考虑体积大小.B.摆球经过平衡位置时，其合力竖直向下.C.单摆作简谐运动的周期与其振幅大小无关.D.摆球经过平衡位置时其回复力为零.2.一个摆钟从甲地拿到乙地，它的钟摆摇摆加快了，则下列对此现象的分析及调准方法的叙述中正确的是()A.ｇ甲＞ｇ乙，将摆长适当增长B.ｇ甲＞ｇ乙，将摆长适当缩短C.ｇ甲＜ｇ乙，将摆长适当增长D.ｇ甲＜ｇ乙，将摆长适当缩短【课后思索】用空心铁球内部装满水做摆球，若球正下方有一小孔，水不断从孔中流出，从球内装满水到水流完为止的过程中，其振动周期的大小是()A.不变B.变大C.先变大后变小再回到原值D.先变小后变大再回到原值（提示：从重心的角度思索）教后反思：本节课留意学生的活动，通过学生的自主探究获得结论，充分体现出物理学科以试验为基础的特点。教学过程中留意启发式教学，细心设计思索题，加强师生间的互动，启发引导学生主动主动探究问题，激发学习爱好，进而先支配学生设计试验，再集体比较筛选，最终学生分组试验探究，旨在通过探究试验学习科学探究的方法，逐步提高学生的自主学习实力，培育实践实力和科学探究的精神。但是，由于教学过程中学生活动量较多，操作起来有肯定的难度，时间的合理支配至关重要，以