2022年安徽省高中新課程新教材物理優(yōu)質(zhì)課評(píng)比第5節(jié)實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)量重力加速度課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)課時(shí)基本信息學(xué)科物理年級(jí)高二年級(jí)學(xué)期春季課題實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)量重力加速度教科書(shū)書(shū)名：普通高中教科書(shū)物理選擇性必修第一冊(cè)出版社：人民教育出版社出版日期：2020年5月課時(shí)教材分析用單擺測(cè)量重力加速度是高中階段精度比較高的實(shí)驗(yàn)。教材按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及操作的一般步驟，先介紹實(shí)驗(yàn)思路，依據(jù)周期公式讓學(xué)生“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?”在學(xué)生思考和討論的基礎(chǔ)上，進(jìn)而描述實(shí)驗(yàn)裝置和物理量的測(cè)量方法，提出常用的數(shù)據(jù)分析方法。為了保證實(shí)驗(yàn)的精度，本節(jié)教材對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差非常重視，在實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)上引導(dǎo)學(xué)生思考如何減小實(shí)驗(yàn)誤差:在“思考與討論”中要求學(xué)生討論如何選擇擺線、擺球，以及擺線的懸掛方式:在擺長(zhǎng)、周期的測(cè)量環(huán)節(jié)，分別提供兩種測(cè)量方式進(jìn)行對(duì)比，引導(dǎo)學(xué)生討論后根據(jù)測(cè)量需要進(jìn)行選擇:在數(shù)據(jù)分析時(shí)引導(dǎo)學(xué)生采用圖像法減小實(shí)驗(yàn)誤差。課時(shí)學(xué)情分析本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)是單擺擺長(zhǎng)和周期的測(cè)量及實(shí)驗(yàn)誤差分析。單擺擺長(zhǎng)和周期的測(cè)量是完成本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，也是實(shí)驗(yàn)誤差的主要來(lái)源。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差分析是本節(jié)的教學(xué)難點(diǎn)。學(xué)生雖已經(jīng)具備利用單擺周期公式求重力加速度的能力，但在通過(guò)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理來(lái)提高實(shí)驗(yàn)精度方面存在不足。學(xué)生知道“平均值法”能減小偶然誤差，但對(duì)用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還不夠熟練。課時(shí)教學(xué)目標(biāo)物理觀念與科學(xué)思維：1.學(xué)習(xí)并理解用單擺測(cè)定重力加速度的原理和方法。2.學(xué)習(xí)用單擺測(cè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣扰c實(shí)驗(yàn)誤差的分析方法。3.學(xué)習(xí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理選擇實(shí)驗(yàn)器材，能熟練地使用秒表?？茖W(xué)探究：1.利用單擺測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?.進(jìn)一步學(xué)習(xí)用“公式法”和“圖像法”處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)方法科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀：通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)丶铀俣鹊臏y(cè)量，培養(yǎng)認(rèn)真探究的科學(xué)精神和知識(shí)的遷移應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生求真與務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度。課時(shí)教學(xué)重點(diǎn)用單擺測(cè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊姆椒?，游?biāo)卡尺和秒表的使用，周期的測(cè)量（累積法）。課時(shí)教學(xué)難點(diǎn)累積法測(cè)量周期，用圖像法處理數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)的誤差分析。課時(shí)教學(xué)方法講授法，談?wù)摲?，?shí)驗(yàn)法，探究法，自主學(xué)習(xí)法，多媒體教學(xué)視頻展示開(kāi)放性學(xué)習(xí)環(huán)境教學(xué)PPT、長(zhǎng)約1.2米的細(xì)線一根（無(wú)彈性）、沿直徑開(kāi)有小孔的金屬小球一個(gè)、帶有鐵夾的鐵架臺(tái)一個(gè)、米尺一把（最小刻度為毫米）、秒表一只、游標(biāo)卡尺一把 課時(shí)教學(xué)過(guò)程 教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課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以及我國(guó)在這方面取得的研究成果。播放視頻。為此,就需要了解測(cè)量重力加速度的方法。如何測(cè)量重力加速度呢？思考原來(lái)學(xué)習(xí)過(guò)的測(cè)量重力加速度的方法。引發(fā)學(xué)生思考，在回顧舊知識(shí)的同時(shí)，引出新課內(nèi)容。講授新課1、物體可以看做單擺的條件？懸點(diǎn)：固定。細(xì)線：無(wú)彈性即不可伸縮，質(zhì)量不計(jì)，長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于小球直徑。擺球：體積小，質(zhì)量大。擺角：小于5°。2、利用單擺測(cè)重力加速度的原理是什么？單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，其周期為：得：只要測(cè)出單擺的擺長(zhǎng)L和振動(dòng)周期T，就可以計(jì)算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的值。3、單擺的擺長(zhǎng)L和周期T怎么測(cè)量？（1）測(cè)擺長(zhǎng)：擺長(zhǎng)為L(zhǎng)+r用米尺量出懸線長(zhǎng)L，估讀到到毫米后一位用游標(biāo)卡尺測(cè)擺球直徑，算出半徑r，也準(zhǔn)確到毫米后一位（2）測(cè)周期：把單擺從平衡位置拉開(kāi)一個(gè)角度（＜5°）釋放，用秒表測(cè)量單擺的周期。思考：①怎樣才能減小測(cè)量L和T的誤差？②為了測(cè)量周期，擺球到達(dá)哪個(gè)位置的時(shí)刻作為計(jì)時(shí)開(kāi)始與停止的時(shí)刻比較好？用秒表測(cè)量單擺完成30次全振動(dòng)所用的時(shí)間t，求出完成一次全振動(dòng)所需要的時(shí)間，這個(gè)平均時(shí)間就是單擺的周期。應(yīng)以擺球經(jīng)平衡位置計(jì)時(shí)開(kāi)始與停止時(shí)刻4、請(qǐng)簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟？（1）設(shè)計(jì)單擺：讓細(xì)線的一端穿過(guò)擺球的小孔，然后打一個(gè)比孔大的線結(jié)，制成一個(gè)單擺.（2）測(cè)擺長(zhǎng)：擺長(zhǎng)為l=l線+d/2（3）測(cè)周期：把單擺從平衡位置拉開(kāi)一個(gè)角度（＜5o）釋放。用秒表測(cè)量單擺的周期。以擺球經(jīng)平衡位置計(jì)時(shí)開(kāi)始與停止時(shí)刻。（4）數(shù)據(jù)處理①公式法：每改變一次擺長(zhǎng)，將相應(yīng)的l和T代入公式中求出g值，最后求出g的平均值.如下表處理數(shù)據(jù)：②圖像法：由得作出T2-l圖像，即以T2為縱軸,以L為橫軸.其斜率由圖像可計(jì)算出斜率，可求出重力加速度。（5）重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)。5、分組完成實(shí)驗(yàn)6、誤差分析1、本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差主要來(lái)源于單擺模型本身是否符合要求,即懸點(diǎn)是否固定;是單擺還是復(fù)擺;球、線是否符合要求;振動(dòng)是圓錐擺還是同一豎直平面內(nèi)振動(dòng)以及測(cè)量哪段長(zhǎng)度作為擺長(zhǎng)等。2、本實(shí)驗(yàn)偶然誤差主要來(lái)自時(shí)間(即單擺周期)的測(cè)量上。因此要注意測(cè)準(zhǔn)時(shí)間(周期),要從擺球通過(guò)平衡位置開(kāi)始計(jì)時(shí),不能多記或漏記振動(dòng)次數(shù)。為了減小偶然誤差,應(yīng)進(jìn)行多次測(cè)量后取平均值。提高實(shí)驗(yàn)精度從兩個(gè)方面入手：(1)盡可能準(zhǔn)確地測(cè)量出擺長(zhǎng)和周期；(2)多次改變擺長(zhǎng),重做實(shí)驗(yàn)得到多組數(shù)據(jù),并用圖像法處理數(shù)據(jù)。7、本實(shí)驗(yàn)需要注意的事項(xiàng)①選擇材料時(shí)應(yīng)選擇細(xì)輕又不易伸長(zhǎng)的線，長(zhǎng)度一般在1m左右，小球應(yīng)選用密度較大的金屬球，直徑應(yīng)較小，最好不超過(guò)2cm；②單擺懸線的上端不可隨意卷在鐵夾的桿上，應(yīng)夾緊在鐵夾中，以免擺動(dòng)時(shí)發(fā)生擺線下滑或懸點(diǎn)不固定，擺長(zhǎng)改變的現(xiàn)象；③注意擺動(dòng)時(shí)擺角不易過(guò)大，不能超過(guò)5o，以保證單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；④擺球擺動(dòng)時(shí)，要使之保持在同一個(gè)豎直平面內(nèi)，不要形成圓錐擺；⑤測(cè)量從球通過(guò)平衡位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，因?yàn)樵诖宋恢脭[球速度最大，易于分辨小球過(guò)此位置的時(shí)刻。⑥為了減少偶然誤差改變擺長(zhǎng)，多次測(cè)量求平均值。展示學(xué)生的測(cè)量結(jié)果。甲同學(xué)測(cè)量6種不同擺長(zhǎng)下單擺的振動(dòng)周期,記錄結(jié)果如表所示。以擺長(zhǎng)(l)為橫坐標(biāo)、周期(T)的二次方為縱坐標(biāo),作出T2-l圖像,請(qǐng)你替他在作出T2-l圖像,利用此圖像求出的重力加速度大小為。解析:(1)本實(shí)驗(yàn)是利用單擺的周期公式T=2πl(wèi)g得出g=4π2lT2,即只要測(cè)出擺長(zhǎng)l和周期T就能求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭,而l=l0+(2)①若依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù),作出T2-l圖像,其斜率為k=T2l,而g=4π2lT2,故有g(shù)=4π2k。圖像函數(shù)式應(yīng)為T(mén)2=4π(3)建立如圖坐標(biāo)系,并標(biāo)出適當(dāng)?shù)臉?biāo)度,依據(jù)數(shù)學(xué)描點(diǎn)法畫(huà)出T2-l圖像如圖所示,則圖像的斜率大約為k=4.0。依據(jù)圖像求出重力加速度為g=4π答案:(1)擺線長(zhǎng)l0擺球直徑dn次全振動(dòng)的時(shí)間tg=4π2((3)T2-l圖像見(jiàn)解析9.86m/s2思考什么是單擺？單擺的理想化模型如何理解。小組討論測(cè)重力加速度的原理，以及涉及到的物理量的測(cè)量方法。結(jié)合前面的討論內(nèi)容，梳理實(shí)驗(yàn)操作步驟。學(xué)生結(jié)合討論內(nèi)容，分組完成實(shí)驗(yàn)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)誤差。結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，總結(jié)實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)。思考單擺的定義，讓學(xué)生明確在現(xiàn)實(shí)生活中如何得到單擺模型，為下一步完成實(shí)驗(yàn)操作打下基礎(chǔ)。通過(guò)小組討論，讓學(xué)生掌握測(cè)量方法，明確實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)。提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。讓學(xué)生掌握常用的數(shù)據(jù)處理方法：公式法和圖像法。讓學(xué)生先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)和操作流程，總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)中需要注意的事項(xiàng)，并對(duì)所測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析。更能加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解程度。通過(guò)練習(xí)鞏固基礎(chǔ)知識(shí)。拓展提高1.用單擺測(cè)定重力加速度,根據(jù)的原理是()A.由看出，T一定時(shí)，g與L成正比。B.由看出，l一定時(shí)，g與T2成反比。C.由于單擺的振動(dòng)周期T和擺長(zhǎng)l可以試驗(yàn)測(cè)定，因此利用可算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取.同一地區(qū)單擺的周期不變,不同地區(qū)的重力加速度與周期的二次方成反比。解析:同一地區(qū)重力加速度不變,選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤;用單擺測(cè)重力加速度的原理是,根據(jù)單擺的周期公式T=2πl(wèi)g得g=4答案：C完成拓展提高。通過(guò)練習(xí)，鞏固基礎(chǔ)知識(shí)。課堂小結(jié)一、單擺測(cè)量重力加速度原理二、數(shù)據(jù)處理1、公式法：，為了減小誤差，多次求g，取平均值2、圖像法：T2-L的斜率總結(jié)本節(jié)課所學(xué)知識(shí)點(diǎn)。幫助學(xué)生梳理基礎(chǔ)知識(shí)，形成知識(shí)框架。課時(shí)教學(xué)板書(shū)設(shè)計(jì)課時(shí)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)及作業(yè)1.拓展作業(yè)：利用手機(jī)物理工作坊（phyphox）軟件測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣取?.習(xí)題作業(yè)：完成同步作業(yè)。課時(shí)教學(xué)