5. 学生实验：用单摆测定重力加速度优质课教学设计

教学设计

单位：洛阳市第十五中学

姓名：易

全

福

实验：用单摆测定重力加速度

“用单摆测定重力加速度”教学设计

一、教学设计思路

课程标准总目标中对学生在科学探究方面提出了要求：学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决这些问题。

在物理课程标准中，测定重力加速度的实验只要求“用单摆测重力加速度”。但实际上涉及重力加速度的物理模型和物理规律很多，本节课不要求学生用其它方案完成测定地球表面附近的重力加速度，而是让学生经历一次理论探究的过程。“测定地球表面附近的重力加速度”的探究类型属于发散式建模分析任务型。学生的科学探究并不意味着仅仅只是动手操作，进行实验活动。只要是有利于学生构建“知识目标”、形成“科学观念”、领悟“科学研究方法”的各种活动都属于科学探究范畴。因此，本节教材在教学中重点放在物理方法的教学及加深学生对模型探究的理解上。本节课的探究是在学生原有认知基础上，通过假设、建模，建立新的知识结构等方法从而对物理规律有新的认识。

发散式寻求与重力加速度有关的物理规律，建立有关物理模型，对建立的物理模型验证，最后得出合理的实验方案。这是本节教学中的一条主线。如何建立合理且可行的物理模型是本节的一个难点，要激发、鼓励学生大胆思考，开发学生的创造潜能，启发学生思维，使学生参与到教与学的活动中去，学生在自己思考的前提下，在教师适当的指导和帮助下，检索所学知识，建立合理的物理模型，设计自己的探究方案。使学生学会分析和应用物理规律的过程，成为培养学生创新精神和实践能力的过程。努力使课堂学习成为全面培养学生素质的过程。体验科学研究方法，开拓学生视野，提高学生素质，并分享探究的艰辛与快乐。

二、教学目标

1、知识与技能

（1）复习与重力加速度有关的知识，加深学生对物理知识的认识。

（2）会应用相关知识，联系生活，构想有关物理模型。

（3）能对实验进行规范操作。

（4）能对实验方案进行分析与鉴赏。

2、过程与方法

（1）通过设置问题启发学生思考，使学生初步掌握思维方法。

（2）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。

（3）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。

3、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。

三、教学重点

1、探究思想、探究过程、探究方法的渗透。

2、测定地球表面附近重力加速度方案的获得过程。

3、会用单摆精确的测定重力加速度。

四、教学难点

1、将学生的学习方式由被动接受转变为主动的探究。

2、用单摆测定重力加速度方案的设计。

五、教学资源

1、学生情况分析

本校学生为市普通中学的学生，学生基础较差，理解能力较弱，且多数学生来源于农村，不太善于表达和发言。

2、前期教学状况、问题及对策等

在此之前涉及重力加速度的物理规律的教学内容很多，且基本达标，测重力加速度可以从重力加速度涉及面较广泛上做文章。

3、教学方式与教学手段说明、技术准备

（1）教学方式

采用探究式教学，通过猜想、推理、建模，设计实验方案实现测定重力加速度方案的目标。

（2）仪器准备

铁架台，中心有小孔的金属小球，长约1m的细线，刻度尺，游标卡尺，秒表。

（3）多媒体准备

教学课件、用于学生探究方案展示的电子展示台。

六、教学过程

1、提出问题

在许多物理规律中，我们都要用到一个物理量：重力加速度g。我们通常把这个物理量看作已知量：g9.8ms2，这个物理量的大小我们又是怎么得来的呢？今天要求测定我们学校所在位置的重力加速度。

设计意图：进入良好教学状态。

2、选择实验方案

探究1：探究涉及到重力加速度的物理规律和物理模型

①教师提出问题。

要测定地球表面附近的重力加速度，我们就应检索一下我们所学的知识范围内，有哪些内容涉及到重力加速度，它与其他物理量有何定量关系，并一一罗列出来。

②教师巡视，倾听、鼓励并给予补充。

学生思考、讨论，把结果写在草稿写上。

设计意图：给予学生思考和讨论空间。

探究2：探究测定重力加速度的方案的可行性并选择方案：

①简易性原则；

②安全性原则；

③低成本性原则

④科学性原则

组织学生总结涉及到重力加速度的物理规律，并罗列在黑板上。学生叙述、相互补充。

①在静力学中，静止物体对竖直悬挂绳的拉力或对水平支持物的压力大小等于重力大小，即Tmg（或Nmg），若T（或N）和m能测定，则重力加速度g可测定。

分析：现在常用的测力计误差较大

gt2sin②在运动学中，物体从光滑斜面上由静止下滑，s，若s、、t可2测定，则也可测定重力加速度g。

分析：、t不易测定且难以保证斜面足够光滑

③当物体在竖直方向做匀加速运动时，由牛顿第二定律，Fmgma，若F、a和m可测出，则重力加速度g可测定。

分析：F、a均不易测定

④在自由落体运动中，hgT2，若h、T能测定，则重力加速度g可测定。

分析：有摩擦和空气阻力等,但也操作简便

⑤单摆做简谐振动时，其周期为T2便可测定。

分析：操作简便、较精确

⑥假设一物体在地球表面附近绕地球做圆周运动，由mggGM。

R2GMm，得2Rl，若l，T可测，则重力加速度gg分析：只是一个思想实验，只可以用于估算

设计意图：调动学生积极性，尊重学生自己的判断和创见，引导学生探索解决问题的途径。学生可能设计出多种方案。对学生设计的方案展示给本班同学，以激发同学们把所想表达更好。

探究3：探究实验的实施与操作

实验方案选定之后，考虑该方案需要哪些装置，被测量与哪些物理量有直接的定量关系，这些物理量分别需要什么仪器来测定，从而确定整个实验需要哪些器材。

需要的器材：铁架台、细线和摆球等（用来组装单摆）、秒表、米尺、游标卡尺（分别测n次全振动的时间t、摆线长度l和摆球直径d）。

d42n2(l)2

测量式：g2t设计意图：鼓励学生进一步思考，从精确性原则选择测量仪器。

巡视和指导，对学生发问：

①组装单摆要注意什么？

②为什么先组装单摆，再量摆长？

③摆长怎么测？

④单摆的运动有什么要求？

⑤计时时要注意哪些问题？

⑥秒表的使用要注意哪些问题？

学生动手做实验：

①做单摆：取约1米长的线绳穿过带孔的小钢球，并打一个比小孔大一些的结，然后拴在桌边的支架上。

②用米尺量出摆线长l，准确到毫米，用游标卡尺测摆球直径d。

③把单摆从平衡位置拉开一个角度（10）放开它，使之在同一竖直平面内做简谐运动，用秒表测量单摆完成n次（30～50次）全振动所用的时间t。

④把测得的物理量的数值代入测量式

，求出重力加速度的值g。

⑤变更摆长，重做几次实验，最后求出重力加速度g的平均值。

设计意图：要求学生操作规范、精确。

探究4：实验数据处理分析

引导学生分析处理实验数据的方法有哪些，这个实验可以用哪些方法处理？怎么处理？哪种方法好些？

学生小组分任务动手处理

①平均值法

②图象法

设计意图：鼓励学生进一步思考，想想结果处理可不可以另辟蹊径。

总结实验过程，与学生谈本节课的收获

让学生自我评价，这节课学到了什么？最大的收获是什么？学生表述后，让其他学生评议，并要求每个学生课后以书面形式反馈给老师，由老师给予合理的评价

学生总结：

①体会物理学中常用的方法：类比法、理论推导法、归纳法、积累法、图象法等。

②学会从实践归纳出理论，并将理论运用于实践的方法。

③探究的过程与方法：猜想与假设、设计方案、实验验证、逻辑推理等。

设计意图：这节课的评价，实现评价主体的多元化，而且注意实施发展性评价。教师既要关注学习结果，也要关注学生的学习过程。

课后思考：若实验器材中给出的不是均匀摆球，是一块形状不规则的石块，或摆长很长，导致摆长无法测量，能测出重力加速度吗？课后开展小组讨论。

设计意图：拓展学生的思维能力。

七、教学反思

1、物理实验教学中有“四个注重”：注重理论知识的灵活应用、注重物理模型的合理构建，注重实验过程的因子控制、注重实验数据的科学处理。课堂教学以学生为本，把实施过程具体化、步骤化，只有在这个过程中，才能不断提高学生的能力。

2、在教学过程中，学生充分发挥主观能动性，探究出了许多可行而值得推广的方案，如为了使单摆可以在同一竖直平面内做简谐运动，可以改单摆为双线摆等等。学生也从中享受到了学习的快乐。