5. 学生实验：用单摆测定重力加速度教案教学设计

教学设计方案

课题名称

姓名

年级学科

吴越

高二物理

实验：用单摆测定重力加速度

工作单位

永宁县第二中学

教材版本

课标版

一、教学内容分析（简要说明课题来源、学习内容、知识结构图以及学习内容的重要性）

实验：用单摆测定重力加速度是课标版选修3-4机械振动章节内容，主要是通过学生分组实验利用单摆测出当地重力加速度，通过学生分组实验培养学生的合作精神和实事求是的探索精神，通过过程与成果激发学生学习物理的学习兴趣。

二、教学目标（从学段课程标准中找到要求，并细化为本节课的具体要求，目标要明晰、具体、可操作，并说明本课题的重难点）

（一）知识与技能 1. 知道单摆摆动的等时性

2. 知道单摆测重力加速度的原理

（二）过程与方法 ⑴通过设置问题启发学生思考，使学生初步掌握思维方法。

⑵让学生能够根据问题的要求和相关条件，构造有关的实验情景，优选实验原理和方案，确定解决问题的实验程序，得出准确合理的结论。

⑶促使学生深刻领悟实验原理、加深认识仪器的工作原理，在不同的实验情景下，创造性地灵活运用实验知识和技能解决相关问题。

(三) 情感态度与价值观 （1）通过探究和设计活动，培养学生的合作精神、分享意识，以及关注社会、积极参与的意识。

（2）培养学生实事求是、精益求精、锲而不舍的探索精神。

（3）体会重力加速度在生活的应用，提高物理在生活中的应用意识。

（4）通过重力加速度在物理学中的各方面的涉及，体会物理学中的和谐美与统一美。增强学生对科学的好奇心与求知欲，使学生乐于探究自然界奥秘。

1．单摆测定重力加速度的原理

2. 单摆测重力加速度实验的应用

(四) 教学重点 1．单摆测定重力加速度的原理

2. 单摆测重力加速度实验的应用

(五) 教学难点 单摆测重力加速度实验的应用

三、学习者特征分析（学生对预备知识的掌握了解情况，学生在新课的学习方

法的掌握情况，如何设计预习）

学生对实验有着浓厚的兴趣，但基础较差，需要教师适当引导方能正确进行实验并得到结果

四、教学过程（设计本课的学习环节，明确各环节的子目标）

1.实验目的：

学会用单摆测定当地重力加速度，正确熟练使用秒表。

2.实验器材：

①球心开有小孔的小金属球②长度大于1米的细尼龙线③铁夹④铁架台⑤游标卡尺⑥米尺⑦秒表

3.实验原理：

根据单摆周期公式T=2π42ll/g，得：g=2。据此，只要T测得摆长l和周期T即可算出当地的重力加速度g。

4.实验步骤

1、用细线拴好小球，悬挂在铁架台上，使摆线自由下垂，如图1。

注意：线要细且不易伸长，球要用密度大且直径小的金属球，以减小空气阻力影响。

摆线上端的悬点要固定不变，以防摆长改变。

2、用米尺和游标卡尺测出单摆摆长。

注意：摆长应为悬点到球心的距离，即l=L+D/2；其中L为悬点到球面的摆线长，D为球的直径。

3、用秒表测出摆球摆动30次的时间t，算出周期T。

注意：为减小记时误差，采用倒数计数法，即当摆球经过平衡位置时开始计数，“3，2，1，0，1，2，3……”数“0”时开始计时，数到“60”停止计时，则摆球全振动30次，T=t/30。

计时从平衡位置开始是因为此处摆球的速度最大，人在判定它经过此位置的时刻，产生的计时误差较小。

为减小系统误差，摆角a应不大于10°，这可以用量角器粗测。

图1

4、重复上述步骤，将每次对应的摆长l、周期T填于表中，按公式T=2πl/g算出每次g，然后求平均值。

[实验记录] 物理量

次 1 2 3 g=4π振动N次历摆长l周期T2l/T2g（米/次数n时t当地g （米） （秒） （米/秒2） （次） （秒） 秒2

）

注意：（1）为减小计算误差，不应先算T的平均值再求g，而应先求出每次的g值再平均。

（2）实验过程中：

①易混淆的是：摆通过平衡位置的次数与全振动的次数。

②易错的是：图象法求g值，g≠k而是g=4π2/k；T=t/n和T=t/（n-1）也经常错用，（前者是摆经平衡位置数“0”开始计时，后者是数“1”开始计时）。

③易忘的是：漏加或多加小球半径，悬点未固定；忘了多测几次，g取平均值。

5.实验结论

从表中计算的g看，与查得的当地标准g值近似相等，其有效数字至少3位。

6.实验变通

变通（1）：变器材，用教学楼阳台代替铁架台，用数米长的尼龙细线拴好的小挂锁代替摆球，用米尺只测量摆线的一段长度，用秒表测量周期T仍能测量当地重力加速度，其简要方法如下：如下图所示，设阳台上的悬点为O，挂锁的重心为O′在摆长上离挂锁附近作一红色标记M，用米尺量OM=L1，而MO′=L2，不必测量，则：

T12=4π2（L1+L2）/g……①在悬点处放松（或收起）一段线，再量OM=L2，MO′=L0不变，则T2=4π2（L2+L0）/g……②

由①②式得：g=4π2（L2+L1）/（T12-T22）（其中T1、T2测量方法同上述方法）

此实验也可以用T2-l图象法去求。

变通（2）：变器材，变对象，在地球表面借助电视机，依据周期公式，用机械手表测月球表面自由落体的加速度g月。

有一位物理学家通过电视机观看宇航员登月球的情况，他发现在登月密封舱内悬挂着一个重物在那里微微摆动，其悬绳长跟宇航员的身高相仿，于是他看了看自己的手表，记下了一段时间t内重物经最低点的次数，就算出了g月，已知他记下重物由第一次经最低点开始计时数到n=30次的时间t为1分12.5秒，并估计绳长l约等于宇航员身高l。

由T=t/[（n-1）/2]和T=2π7.练习

（1）手表的秒针、分针和时针的角速度之比ω1：ω2：ω3=？。

（2）一位同学用单摆做测定重力加速度的实验，他将摆挂起后，进行了如下存在遗漏或错误的步骤，请指出这些步骤的字母并改正。

①测摆长l，用米尺量出摆线的长度L。

②测周期T：将摆线拉起，然后放开，在摆球某次通过最低点时，按下秒表开始计时，同时将此次通过最低点作为第一次，接着一直数到第60次通过最低点时，按秒表停止计时，读出这段时间t，算出T=t/60。

③将所测得的l和T代入T=2π报告中去。

l/g计算出了g月。

l/g算出g作为实验的最后结果写入实验

（3）如下图所示，某同学用单摆测重力加速度时，将一根麻绳系住一个直径约为4厘米的木质圆球，上端缠绕在水平放置的较粗的圆棒上，当木球悬挂静止时，用米尺测得绳上悬点到球皮的距离约为10厘米，此后，将木球沿与圆棒垂直的方向拉至A处，使摆线与铅直方向的夹角为60°，释放小球开始计时，待木球第一次到达另一边的最高点时，停止秒表，他将这段时间作为T，然后将所测得的l、T代入T=2π同学的操作错误之处。

请指出这位l/g中求出g值，