2.4基于手機(jī)傳感器對(duì)單擺測重力加速度實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)-2023-2024學(xué)年高二上學(xué)期物理教科版（2019）選擇性必修第一冊(cè)主備人備課成員教學(xué)內(nèi)容教材章節(jié)：選擇性必修第一冊(cè)第二章實(shí)驗(yàn)：基于手機(jī)傳感器對(duì)單擺測重力加速度實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

內(nèi)容：本節(jié)課主要介紹利用手機(jī)傳感器改進(jìn)傳統(tǒng)單擺測重力加速度實(shí)驗(yàn)的方法。通過實(shí)驗(yàn)原理講解，引導(dǎo)學(xué)生了解手機(jī)加速度傳感器的工作原理及其在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生需掌握單擺周期測量方法，并通過數(shù)據(jù)分析，驗(yàn)證重力加速度的存在。核心素養(yǎng)目標(biāo)1.提升科學(xué)探究能力，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析和結(jié)論驗(yàn)證，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析等科學(xué)探究技能。

2.增強(qiáng)科學(xué)思維，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理模型解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)邏輯推理和批判性思維能力。

3.強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用意識(shí)，了解傳感器在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)技術(shù)的興趣。學(xué)情分析本節(jié)課針對(duì)高二上學(xué)期學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)，學(xué)生已完成高中物理必修內(nèi)容的學(xué)習(xí)，具備一定的物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和科學(xué)探究能力。在知識(shí)層面上，學(xué)生對(duì)單擺的周期公式和重力加速度概念有所了解，但缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法的具體實(shí)踐。在能力方面，學(xué)生能夠運(yùn)用物理公式進(jìn)行計(jì)算，但實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析能力尚需提高。素質(zhì)方面，學(xué)生表現(xiàn)出一定的學(xué)習(xí)興趣，但部分學(xué)生可能對(duì)新技術(shù)應(yīng)用感到陌生。

在行為習(xí)慣上，學(xué)生在課堂參與度方面存在差異，部分學(xué)生較為積極，而部分學(xué)生可能對(duì)實(shí)驗(yàn)操作缺乏耐心。這種差異可能會(huì)影響實(shí)驗(yàn)過程中的團(tuán)隊(duì)合作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)課程學(xué)習(xí)的影響主要體現(xiàn)在以下方面：

1.知識(shí)掌握：學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解程度直接影響實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性和結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.能力提升：實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析能力的不足可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過程困難，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.團(tuán)隊(duì)合作：課堂中學(xué)生的行為習(xí)慣和參與度將影響團(tuán)隊(duì)合作的效果，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

4.學(xué)習(xí)興趣：新技術(shù)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用可能會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但也可能因陌生感而降低學(xué)習(xí)積極性。

因此，針對(duì)高二學(xué)生的學(xué)情，本節(jié)課將注重實(shí)驗(yàn)操作技能的培養(yǎng)，強(qiáng)化學(xué)生之間的合作與溝通，同時(shí)結(jié)合新技術(shù)，提高學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣和積極性。學(xué)具準(zhǔn)備多媒體課型新授課教法學(xué)法講授法課時(shí)第一課時(shí)師生互動(dòng)設(shè)計(jì)二次備課教學(xué)資源1.軟硬件資源：智能手機(jī)（具備加速度傳感器）、單擺裝置、計(jì)時(shí)器、數(shù)據(jù)線、電腦等。

2.課程平臺(tái)：學(xué)校內(nèi)部教學(xué)平臺(tái)，用于發(fā)布教學(xué)資料和在線交流。

3.信息化資源：手機(jī)加速度傳感器使用說明、實(shí)驗(yàn)操作視頻、數(shù)據(jù)分析軟件等。

4.教學(xué)手段：多媒體教學(xué)課件、實(shí)物演示、小組討論、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫等。教學(xué)過程1.導(dǎo)入（約5分鐘）

-激發(fā)興趣：通過展示手機(jī)在生活中的應(yīng)用，提問學(xué)生是否了解手機(jī)中的傳感器，以及這些傳感器如何工作。

-回顧舊知：引導(dǎo)學(xué)生回顧單擺的周期公式和重力加速度的概念，以及它們?cè)谖锢碇械膽?yīng)用。

2.新課呈現(xiàn)（約30分鐘）

-講解新知：詳細(xì)講解手機(jī)加速度傳感器的工作原理，以及如何利用它來測量單擺的周期。

-舉例說明：通過實(shí)際操作演示，展示如何將手機(jī)固定在單擺上，并使用手機(jī)軟件記錄單擺的擺動(dòng)周期。

-互動(dòng)探究：分組讓學(xué)生嘗試使用手機(jī)傳感器進(jìn)行單擺周期的測量，并討論如何減少實(shí)驗(yàn)誤差。

3.實(shí)驗(yàn)操作（約30分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每組使用不同的單擺裝置和手機(jī)傳感器進(jìn)行周期測量。

-教師指導(dǎo)：教師巡視各小組，解答學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，確保實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。

4.數(shù)據(jù)分析（約20分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入電腦，使用數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和誤差分析。

-教師指導(dǎo)：教師講解數(shù)據(jù)分析的方法，如計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等，并指導(dǎo)學(xué)生如何解讀數(shù)據(jù)。

5.結(jié)果驗(yàn)證（約15分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算重力加速度，并與理論值進(jìn)行比較，分析實(shí)驗(yàn)誤差的來源。

-教師指導(dǎo)：教師引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)誤差可能的原因，如空氣阻力、測量誤差等。

6.總結(jié)與反思（約10分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)過程中的收獲和遇到的問題，分享實(shí)驗(yàn)心得。

-教師總結(jié)：教師總結(jié)本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)操作的重要性，以及如何通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物理理論。

7.課后作業(yè)（約10分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：布置課后作業(yè)，要求學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、方法、結(jié)果和分析等。

-教師指導(dǎo)：教師提供實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫模板，并解答學(xué)生可能遇到的問題。

8.課堂評(píng)價(jià)（約5分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生互評(píng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析和結(jié)論的合理性。

-教師評(píng)價(jià)：教師對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)價(jià)，指出優(yōu)點(diǎn)和不足，并提供改進(jìn)建議。教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-手機(jī)傳感器原理介紹：可以進(jìn)一步研究不同類型的手機(jī)傳感器，如加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)等，了解它們的工作原理和應(yīng)用領(lǐng)域。

-單擺實(shí)驗(yàn)的多樣性：探討不同形狀、材質(zhì)和長度的單擺對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，以及如何優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以減少誤差。

-重力加速度的測量方法：介紹其他測量重力加速度的方法，如自由落體實(shí)驗(yàn)、地球重力場模擬等，比較不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

-物理實(shí)驗(yàn)與信息技術(shù)的結(jié)合：探討物理實(shí)驗(yàn)中信息技術(shù)的應(yīng)用，如使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)，使用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)等。

2.拓展建議：

-學(xué)生可以閱讀有關(guān)手機(jī)傳感器原理的科普文章或書籍，了解傳感器技術(shù)的最新發(fā)展。

-組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，設(shè)計(jì)不同類型的單擺實(shí)驗(yàn)，比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析誤差來源。

-鼓勵(lì)學(xué)生參與學(xué)?；蛏鐓^(qū)的科學(xué)展覽，展示他們的實(shí)驗(yàn)成果，并與其他學(xué)生交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。

-引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源，如在線科學(xué)論壇、教育網(wǎng)站等，查找有關(guān)重力加速度測量的實(shí)驗(yàn)案例和數(shù)據(jù)分析方法。

-建議學(xué)生嘗試使用不同的物理實(shí)驗(yàn)軟件，如PhETInteractiveSimulations，進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)物理概念的理解。

-鼓勵(lì)學(xué)生參與科學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽，如物理奧林匹克競賽，通過實(shí)際操作和競賽準(zhǔn)備，提升實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)素養(yǎng)。

-組織學(xué)生參觀科研機(jī)構(gòu)或大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，了解物理實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)技術(shù)和研究方法。

-建議學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，學(xué)習(xí)如何撰寫科學(xué)論文，培養(yǎng)學(xué)術(shù)寫作能力。教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋1.課堂表現(xiàn)：

-學(xué)生在課堂上的參與度：通過觀察學(xué)生的提問、回答問題和參與討論的情況，評(píng)估學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的興趣和參與程度。

-學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的熟練度：通過觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的操作步驟和實(shí)驗(yàn)技巧，評(píng)估學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技能的掌握情況。

-學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理能力：通過檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，評(píng)估學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的認(rèn)識(shí)。

2.小組討論成果展示：

-學(xué)生在小組討論中的表現(xiàn)：通過觀察學(xué)生在小組討論中的發(fā)言、傾聽和協(xié)作情況，評(píng)估學(xué)生的溝通能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

-學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的貢獻(xiàn)：通過評(píng)估學(xué)生在小組討論中提出的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)新性和可行性，評(píng)估學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

-學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋和分析：通過檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和口頭報(bào)告，評(píng)估學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋和分析能力。

3.隨堂測試：

-學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解：通過隨堂測試中的選擇題和簡答題，評(píng)估學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解程度。

-學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作技能的掌握：通過隨堂測試中的實(shí)驗(yàn)操作題，評(píng)估學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作技能的掌握情況。

-學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)分析能力的評(píng)估：通過隨堂測試中的數(shù)據(jù)分析題，評(píng)估學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析能力。

4.學(xué)生自評(píng)與互評(píng)：

-學(xué)生自評(píng)：鼓勵(lì)學(xué)生在課后填寫自評(píng)表，反思自己在實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)，包括實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析、團(tuán)隊(duì)合作等方面。

-學(xué)生互評(píng)：組織學(xué)生進(jìn)行互評(píng)，讓學(xué)生之間互相評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)，促進(jìn)學(xué)生的自我反思和相互學(xué)習(xí)。

5.教師評(píng)價(jià)與反饋：

-針對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：教師評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性和創(chuàng)新性，指出實(shí)驗(yàn)方案中可能存在的不足，并提供改進(jìn)建議。

-針對(duì)實(shí)驗(yàn)操作：教師評(píng)價(jià)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中的熟練度和準(zhǔn)確性，指出操作中的錯(cuò)誤和改進(jìn)空間。

-針對(duì)數(shù)據(jù)分析：教師評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析能力，指出數(shù)據(jù)分析中的錯(cuò)誤和改進(jìn)方法。

-針對(duì)團(tuán)隊(duì)合作：教師評(píng)價(jià)學(xué)生在小組討論和實(shí)驗(yàn)過程中的團(tuán)隊(duì)合作表現(xiàn)，指出團(tuán)隊(duì)協(xié)作中的問題，并提供改進(jìn)建議。

-針對(duì)學(xué)習(xí)態(tài)度：教師評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和參與度，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與課堂活動(dòng)，并提出如何提高學(xué)習(xí)效果的建議。典型例題講解1.例題：

一單擺擺長為L，擺球質(zhì)量為m，當(dāng)擺角θ較小時(shí)，單擺的周期T可以用以下公式表示：T=2π√(L/g)，其中g(shù)為重力加速度。若測得單擺的周期為T1，擺長為L1，求重力加速度g。

解答：

已知單擺周期公式T=2π√(L/g)，可以變形得到g=(4π2L)/T2。

代入已知數(shù)值：g=(4π2L1)/T12。

計(jì)算得到重力加速度g的值。

2.例題：

一手機(jī)加速度傳感器記錄了一個(gè)單擺的擺動(dòng)周期為T，單擺擺長為L。已知地球表面附近的重力加速度為g0，求該單擺所在位置的重力加速度g。

解答：

由于單擺周期公式T=2π√(L/g)，可以變形得到g=(4π2L)/T2。

已知地球表面附近的重力加速度g0，可以通過單擺周期和擺長來計(jì)算g。

代入已知數(shù)值：g=(4π2L)/T2。

計(jì)算得到重力加速度g的值。

3.例題：

一單擺擺長為L，擺球質(zhì)量為m，當(dāng)擺角θ較小時(shí)，單擺的周期T可以用以下公式表示：T=2π√(L/g)，其中g(shù)為重力加速度。若測得單擺的周期為T1，擺球質(zhì)量為m1，求重力加速度g。

解答：

由于單擺周期公式T=2π√(L/g)，重力加速度g與擺球質(zhì)量m無關(guān)，因此可以直接使用公式計(jì)算g。

代入已知數(shù)值：g=(4π2L)/T12。

計(jì)算得到重力加速度g的值。

4.例題：

一單擺擺長為L，擺球質(zhì)量為m，當(dāng)擺角θ較小時(shí)，單擺的周期T可以用以下公式表示：T=2π√(L/g)，其中g(shù)為重力加速度。若測得單擺的周期為T1，擺角θ1較小，求重力加速度g。

解答：

由于單擺周期公式T=2π√(L/g)，重力加速度g與擺角θ無關(guān)，因此可以直接使用公式計(jì)算g。

代入已知數(shù)值：g=(4π2L)/T