2.5 實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)量重力加速度

“教學(xué)評(píng)”一體化教學(xué)設(shè)計(jì)課時(shí)設(shè)計(jì)課題2.6實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)量重力加速度課型新授課eq\o\ac(□,√)復(fù)習(xí)課□試卷講評(píng)課□其他課□授課班級(jí)授課時(shí)間2023年月日教學(xué)內(nèi)容分析《實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)量重力加速度》本節(jié)課是和單擺作為一節(jié)，現(xiàn)在獨(dú)立出來，更加凸顯實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。根據(jù)教科書的實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生可以選擇圖形法，通過改變擺長(zhǎng)得到多組數(shù)據(jù)，從推到出重力加速度。學(xué)習(xí)者分析前面幾節(jié)學(xué)生學(xué)習(xí)了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的受力和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。知道了能量的變化情況。對(duì)單擺的周期表達(dá)式已經(jīng)深入了解，本節(jié)課主要應(yīng)用單擺測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣取W(xué)生已經(jīng)有了一定的觀察分析能力、歸納總結(jié)能力和邏輯思維能力。而且學(xué)生具有一定的實(shí)驗(yàn)探究能力。教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)物理觀念∶能夠從周期公式推導(dǎo)得到重力加速度的表達(dá)式?？茖W(xué)思維∶從表達(dá)式中能夠知道需要測(cè)量的物理量，并且設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?？茖W(xué)探究：能分析數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、形成合理的結(jié)論，能用已有的物理知識(shí)解釋相關(guān)現(xiàn)象?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力。教學(xué)準(zhǔn)備多媒體課件、相關(guān)實(shí)驗(yàn)器材。活動(dòng)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)評(píng)價(jià)任務(wù)【提出問題引入課堂】一、新課引入了解地球表面重力加速度的分布，對(duì)地球物理學(xué)、航空航天技術(shù)及大地測(cè)量等領(lǐng)域有十分重要的意義。為此，就需要了解測(cè)量重力加速度的方法。理論上，與重力相關(guān)的物理現(xiàn)象都可以用來測(cè)量g。例如，利用自由落體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、單擺運(yùn)動(dòng)的等，只要表達(dá)式里含有g(shù)即可。設(shè)計(jì)意圖：通過生活中的例子，引入課題，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)測(cè)量重力加速度的方法自由落體發(fā)平拋運(yùn)動(dòng)單擺運(yùn)動(dòng)引入新課思考討論總結(jié)測(cè)量重力加速度的方法培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力，語言表達(dá)能力。知識(shí)點(diǎn)一：實(shí)驗(yàn)思路（一）實(shí)驗(yàn)思路惠更斯在推導(dǎo)出單擺的周期公式后，用一個(gè)單擺測(cè)出了巴黎的重力加速度。我們也可以采用同樣的辦法，測(cè)量所在地區(qū)的重力加速度數(shù)值。當(dāng)擺角較小時(shí)，單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，根據(jù)其周期公式可得。想一想，要根據(jù)上式測(cè)量重力加速度，需要測(cè)量哪些物理量？應(yīng)該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置、選擇實(shí)驗(yàn)器材？怎樣才能減小實(shí)驗(yàn)誤差？為了保證角度在小于5的范圍內(nèi)，要使用量角器。教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)惠更斯得出的單擺周期表達(dá)式，提出問題要根據(jù)上式測(cè)量重力加速度，需要測(cè)量哪些物理量？應(yīng)該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置、選擇實(shí)驗(yàn)器材？怎樣才能減小實(shí)驗(yàn)誤差？為了保證角度在小于5的范圍內(nèi)，要使用量角器。思考、討論、小組形式回答教師提出的問題從解決問題的角度探討物理問題，引導(dǎo)學(xué)生從建立物理與實(shí)際的聯(lián)系。二：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及物理量的測(cè)量（二）實(shí)驗(yàn)裝置如圖將鐵夾固定在鐵架臺(tái)的上端，鐵架臺(tái)放在實(shí)驗(yàn)桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，方便使用不同長(zhǎng)度的擺線。思考與討論1.線有粗細(xì)、長(zhǎng)短的不同，伸縮性也有區(qū)別。不同的小球，質(zhì)量和體積有差異。想一想，應(yīng)如何選擇擺線和擺球？為什么？解析：這條細(xì)線不可伸長(zhǎng)，并且沒有質(zhì)量，而小球可以被看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。只有這樣的模型才是單擺，2.畫出了細(xì)線上端的兩種不同的懸掛方式。應(yīng)該選用哪種方式？為什么？你還有更好的設(shè)計(jì)嗎？解析：上端沒有固定，擺起來時(shí)他一定在桿上動(dòng)來動(dòng)去。（三）物理量的測(cè)量1.擺長(zhǎng)的測(cè)量擺長(zhǎng)是擺線長(zhǎng)度和小球半徑之和。怎樣測(cè)量才能減小誤差？方法：①用刻度尺直接側(cè)量小球球心與懸掛點(diǎn)之間的距離作為擺長(zhǎng)l。②用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑d，用刻度尺測(cè)量懸掛點(diǎn)與小球上端之間的距離l′，則擺長(zhǎng)l＝l′＋d/2。③用刻度尺先測(cè)量懸掛點(diǎn)與小球上端之間的距離l1，再測(cè)量懸掛點(diǎn)與小球下端之間的距離l2，則可得擺長(zhǎng)l＝(l1＋l2)/22.周期的測(cè)量實(shí)際上單擺的周期很短，可想而知，用停表直接測(cè)量一個(gè)周期的誤差會(huì)很大。為了減小誤差，可以測(cè)量多次全振動(dòng)的總時(shí)間，用這個(gè)總時(shí)間除以全振動(dòng)的次數(shù)，就能求出一個(gè)周期的時(shí)間。這樣測(cè)量的絕對(duì)誤差沒有改變，但相對(duì)誤差就減小了，T＝t/n。問題：測(cè)量總是從擺球在哪個(gè)位置開始計(jì)時(shí)呢？從最高點(diǎn)或者最低點(diǎn)開始，不過在實(shí)際操作中，最低點(diǎn)的速度最大通過的時(shí)間就最短，那時(shí)間測(cè)量的誤差就最小，所以最佳的測(cè)量位置就是最低點(diǎn)。具體操作是這樣的，在擺球通過最低點(diǎn)的時(shí)候，同時(shí)按下停表，最后每次擺球通過最低點(diǎn)次數(shù)加一，依次類推。像這樣數(shù)到40全振動(dòng)的次數(shù)就是40/2，也就是20次，總之間恰好是40.0秒。那么單板的周期就是40÷20等于兩秒。引導(dǎo)學(xué)生做單擺運(yùn)動(dòng)裝置，提出問題線有粗細(xì)、長(zhǎng)短的不同，伸縮性也有區(qū)別。不同的小球，質(zhì)量和體積有差異。想一想，應(yīng)如何選擇擺線和擺球？為什么？2.畫出了細(xì)線上端的兩種不同的懸掛方式。應(yīng)該選用哪種方式？為什么？你還有更好的設(shè)計(jì)嗎？教師介紹所測(cè)量的物理量以及方法根據(jù)所學(xué)單擺知識(shí)和手邊的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)單擺思考、回答教師提出的問題思考，操作，讀數(shù)學(xué)生通過自制單擺，根據(jù)教師提出的問題進(jìn)行深入思考，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行逐步改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維。學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。三：?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析（四）數(shù)據(jù)分析平均值法：改變擺長(zhǎng)，重做幾次實(shí)驗(yàn)．計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)的重力加速度，最后求出幾次實(shí)驗(yàn)得到的重力加速度的平均值。圖象法：分別以l和T2為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，作出的圖象，它應(yīng)該是過原點(diǎn)的一條直線，根據(jù)這條直線可以求出斜率k，則重力加速度值g＝4π2k。做一做：查詢所在地區(qū)的重力加速度值，并與測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行比較。如果有差異，想想可能是什么原因造成的。提出問題；根據(jù)我們測(cè)出的數(shù)據(jù)，如何得到重力加速度呢？總結(jié)得出重力加速度的方法認(rèn)真分析、總結(jié)得出重力加速度的方法，根據(jù)自己得出的數(shù)據(jù)算出當(dāng)?shù)刂亓铀俣葘?shí)驗(yàn)值與查得的重力加速度進(jìn)行對(duì)比，思考誤差來源。課堂練習(xí)例1：在用單擺測(cè)量重力加速度的實(shí)驗(yàn)中，下面的敘述哪些是正確的，哪些是錯(cuò)誤的？A.擺線要選擇細(xì)些的、伸縮性小些的，并且盡可能長(zhǎng)一些B.擺球盡量選擇質(zhì)量大些、體積小些的C.為了使擺的周期大一些，以方便測(cè)量，開始時(shí)拉開擺球，使擺角較大D.用刻度尺測(cè)量擺線的長(zhǎng)度l，這就是單擺的擺長(zhǎng)E.釋放擺球，從擺球經(jīng)過平衡位置開始計(jì)時(shí)，記下擺球做50次全振動(dòng)所用的時(shí)間t，則單擺周期T＝t/5例2：某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)探究a、b兩個(gè)物理量之間的定量關(guān)系時(shí)，測(cè)得了6組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示，它們的單位為P、Q。請(qǐng)用圖像（圖2.5-4）處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，尋找它們之間的定量關(guān)系，根據(jù)圖像推出a、b之間關(guān)系的表達(dá)式，如果有常數(shù)，寫出常數(shù)的數(shù)值和單位。a/P0.50.80.91.01.21.5b/Q1.421.791.902.0