5. 学生实验：用单摆测定重力加速度主要内容及教案内容

教学设计

用单摆测重力加速度

教材分析

本节课内容属于高中阶段物理学科，它是科学教育出版社高二年级选修3-4第一章第5节内容，需一课时完成。这节课教学在认识简谐运动及单摆的基础上，对学生提出了进一步的要求。有助于进一步培养学生的动手能力，这对培养学生的科学探究实验精神有极大帮助。

教学目标

知识与能力：

1、 理解用单摆测量重力加速度的原理

2、 掌握机械式秒表等测量工具的使用及读数。

过程与方法

1、

在实验的过程中体会合理的选择和操作过程，从而进一

步去深化对实验的理解

2、

通过实践进一步掌握科学合理的实验方法和技巧。

情感态度价值观

1、

分组实验的过程中体会团结协作的意义及作用，进一步

培养学生的团结协作意识。

2、

亲身体会实验数据的来之不易，从而以更加严谨的态度

去面对物理学习

学情分析

本节内容是本章最后一节，学生已经对简谐运动和单摆模型有了较为深刻的理解和认识，将单摆模型和我们的生活实际相联系，利用单摆测当地重力加速度，让学生在动手实际中体会创建物理模型的意义。

教学重难点

1、 实验过程的准确操作；

2、 实验误差分析。

教学活动设计

导课：回顾复习前几节课所学内容，结合课件中图片展示的摆钟动图，引导学生思考单摆模型在实际生活中的应用。

提问：单摆模型在我们实际生活中有哪些用途？

1、 摆钟的设计

2、 测量当地重力加速度

今天我们用刚刚学过的单摆知识来测量西安本地重力加速度

进入新课

引导学生思考，要测量当地重力加速度我们应该怎样考虑？它和单摆知识的联系点是什么？让学生自行总结实验原理，设计实验方案。

学生两人一组思考讨论，总结出本次实验的实验原理。

单摆发生机械振动时，若摆角小于5°，这时的振动可以看成是简谐运动。

由简谐运动知识可以导出单摆的振动周期：

式中L是摆长，g是当地的重力加速度。将上式变形为

可以看出，只要能测定出单摆的摆长和对应的振动周期，就很容易计算出重力加速度g的数值了。

进一步引导学生列出本次实验所需实验器材，并思考如何利用器材测定摆长、周期等需要的物理量？ 学生独立思考后回答，实验器材有：铁架台(带铁夹)，中心带小孔的金属小球，约1 m长的细线，米尺，游标卡尺，秒表。

测量摆长需要的器材有哪些？测量时间的仪器有？怎样测量？

引导学生思考摆长包含哪几部分。

根据以上问题，学生两人一组讨论，讨论完毕后学生自己设计本次实验完整的实验步骤。

根据学生设计的实验步骤，对不完整的地方进行补充，注意强调测单摆周期时时间的测量，测多次全振动的总时间。

1、在细线的一端打一个比小球上的孔径稍大些的结，将细线穿过球上的小孔，制成一个单摆。 2、将铁夹固定在铁架台的上端，铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，把做好的单摆固定在铁夹上，使摆球自由下垂，在单摆平衡位置处做上标记。

3、测量单摆的摆长l，用游标卡尺测出摆球直径2r，再用米尺测出从悬点至小球上端的悬线长l′，则摆长l = l′+r . 4、把单摆从平衡位置拉开一个小角度(控制在不大于10°)，使单摆在竖直平面内摆动，用秒表测量单摆完成全振动30次至50次所用的

时间，求出完成一次全振动所用的平均时间，这就是单摆的周期T。

5、根据单摆的周期公式，计算出重力加速度。 6、变更摆长，重做几次实验，计算出每次实验得到的重力加速度值，并求出几次实验得到的重力加速度的平均值。

学习机械式秒表的读法，一般的秒表（如图所示）有两根针长针是秒针，每转一周是30秒，短针是分针，上图所示的是停表的最小分度是0.1秒。(注意：图中每一秒分成10份，有些刻度线没有画出) 读数：所测时间超过半分钟，半分钟的整数倍部分由分针读出，不足半分钟部分由秒针读出，总时间为两针示数之和。

结合ppt，带领学生练习秒表读数。

实验步骤已经设计好，请同学预测在本次实验过程中可能会遇到哪些问题？

1.

小球的选择

2.

悬点的位置、

3.

平衡位置的选择

4.

如何保证做单摆运动

根据学生讨论结果，总结实验的注意事项

1、器材选择时注意小球的质量要大，体积要小，细线要长；

2、细线一端应用铁夹固定悬挂，不要绕在铁杆上，以确保悬挂点固定；

3、实验时，应在小球自然悬挂时测量线长；

4、实验时，应以平衡位置作为计数的参考点，并且注意一次全振动

的观察；

5、在实验操作时要让小球在一个平面内做单摆运动，而不能做圆锥摆运动。 学生实验

学生两人一组，分组进行实验并处理实验数据

实验gl´

次数

d

l

n

t

T

g

1

2

3

请几组同学分享自己的数据处理方法和实验结果，反思自己在本次实验中存在哪些问题？和全班同学一起讨论实验中误差产生的原因

总结可能原因：

1、测量结果偏大比较多，可能原因：在测量周期时，n从1开始数，结果所测的T偏小，导致g测量偏大。 2、也可能在测量时小球做的是圆锥摆运动，而非单摆，导致测量结

果偏大。 3、测量结果偏小较多，可能原因：在测量摆长时，摆长的测量少测了球半径。

实验拓展

以上的实验中我们都默认用的是质量分布均匀的小球，如果小球质量分布不均匀，那么实验可如何改进呢？

提问：除了今天学习的用单摆测重力加速度，还有哪些方法可以测定重力加速度？

1、利用平抛运动测定重力加速度，只需测得竖直高度、水平位移即可。 2、利用称重，只需测定物体的质量和所受重力即可； 3、利用自由落体运动，只需拍摄自由落体运动的频闪照片，由逐差法或画出v-t图即可得到重力加速度。 总结

1、理解并掌握了用单摆测量重力加速度的原理

2、掌握了用单摆测重力加速度的基本操作

3、能正确使用秒表

4、分析了实验误差产生的原因及减小误差的方法