高中物理 探究复杂摆中等效摆长及等效重力加速度的概念

用心 爱心 专心1 高中物理高中物理 探究复杂摆中等效摆长及等效重力加速度的概念探究复杂摆中等效摆长及等效重力加速度的概念 面对目前的新课程改革 本人尝试着用实验探究的方法讲授复杂单摆的周期公式 在此课中 我先提问学生简易单摆的周期公式 T 2 L g 其次 给学生在黑板上画 出两个装置 一是双线摆 二是光滑斜面上一摆球 让学生猜测它们的周期应等于什么 学生绝大部分猜测应是等效摆长对应的周期 然后把学生分成两组分别做上述实验 进行 验证自己的假设是否正确 实验后 学生认为对双线摆周期的猜测是正确的 但对光滑斜 面上的摆的周期猜测是错的 此时 教师引导 简易单摆中 g 应是不摆动时拉力 F 与质量 m 的比值 即 g F m 那么 在斜面上拉力 F mgsin 公式中的重力加速度是否可换成 F m 即 gsin 呢 学生通过对比 得出光滑斜面的摆的周期确实与 T 2 L g 计算的 周期相同 此时 教师给出等效重力加速度的概念 由学生得出 T 2 L g 中可外推为 等效重力加速度 关键词 复杂摆 周期 等效摆长 等效重力加速度 科学探究活动案例 探究复杂摆中等效摆长及等效重力加速度的概念 一 问题的提出 单摆的周期是机械振动中的一个重要组成部分 它反映了周期与摆长及重力加速 度的关系 从课本中我们学习了最简单的单摆周期公式 那么学生应该如何从最简单的 单摆处理稍复杂的单摆呢 过去我们在教学中往往是教师直接给出等效摆长及等效重力 加速度的概念 向学生强行灌输 不利于学生主动参与和 在做中学 我认为应该由教 师在实验室或课外引导学生进行探究活动 它的目的绝不只是让学生记住 结论 而是 鼓励学生在探究过程中积极动手动脑 通过自主的实验研究 体验到学科学的乐趣 了 解科学的探索能力 从探究的主体来看 学生已经具备了简单单摆的知识 具有一定的实验操作能力 能设计简单的实验 从探究的目的来看 该实验能培养学生拟订简单的科学探究计划的 实验方案的能力 学会处理实验数据 得出实验结论的能力 从探究的过程来看 该实 验目的明确 能锻炼学生的思维能力 因此 组织好学生对等效摆长及等效重力加速度 的探究活动是很有必要的 二 设计思路 1 教学目标 1 知识目标 使学生通过实验了解什么是单摆中等效摆长及等效重力加速度 2 能力目标 培养学生观察 实验和分析概括能力 鼓励学生积极动手动脑 通过自主的探究活动 学习物理概念和规律 体验到学科学的艰辛和乐趣 了解科 学方法 获取科学知识 逐步树立科学创新精神 3 情感态度目标 培养学生严谨细致 一丝不苟 实事求是的科学态度和探索 精神 培养学生的辩证唯物主义精神 在教学中渗透不断发现 锲而不舍的科学精 神 2 教学方法 本次探究活动是采取 探究式学习 的教学模式 培养学生创新精神和实践能 力 让学生通过自己动手做实验 同学之间相互讨论来体会探究的过程 培养学生 的分析 综合能力 培养他们的探索精神以及合作精神 3 实验器材 两个铁架台 一个米尺 小铁球 细线 秒表 木板 硬塑料片 半圆仪 三 探究过程实录 用心 爱心 专心2 本次探究活动的内容是单摆中等效摆长及等效重力加速度的概念 探究人 高三 三班全体学生 1 复习提问设疑 前面我们学习了最简单单摆的周期公式 还记得公式是什么吗 学生回答 T 2 L g 它的使用条件是什么呢 学生回答 细线质量可忽略 小球阻力可忽略 摆角小于 50 那么 对于稍复杂的摆动 周期又是什么呢 教师在黑板上画出双线摆 的示意图 以及光滑斜面上的摆动 倾角为 摆长为 L 2 猜想与假设 1 双线摆的周期可能是等效摆长对应的周期 2 光滑斜面上小球的摆动周期可能是等效摆长 Lsin 对应的周期 很难有学生猜测到周期与等效重力加速度有关 但此时教师不给出等效加速度的概念 教师问学生如何来证明你的猜测是否正确呢 学生回答 做实验 教师根据学生的猜测 将学生分成两组 3 制定计划 设计实验 第一组的学生做双线摆的实验 第二组做光滑斜面上小球的摆动的实验 4 进行实验和收集数据 两人一组 学生配合 开始做实验 第一组 用两个铁架台将米尺水平的固定在空中 然后用两根细绳拴住一小球 教师提醒学生注意摆角要小于 50 学生开始测摆长和周期 学生 A 得出的数据如下 次数等效摆长实验周期等效摆长对应的周期 10 4m1 32s1 27s 20 3m1 21s1 10s 30 2m1 02s0 91s 从数据看出 此双线摆的周期确实与等效摆长对应的周期相等 即 T 2 L g 学 生 B 他拴细线时两侧绳子不一样长 实验数据如下 次数等效摆长实验周期等效摆长对应的周期 10 4m1 35s1 30s 20 3m1 14s1 12s 30 2m1 01s0 94s 此摆的周期也是与等效摆长对应的周期相等 第二组 先让学生思考如何能找到光滑斜面 有的学生说用玻璃 有的说用大镜子 教师表扬学生的这些方法很好 教师再继续问学生还可以用什么呢 有的学生想到在木 板上固定硬塑料片 在此 给学生说一下教室里那么多人做实验 玻璃的装置危险 大镜 子又不现实 所以我们就用木板上固定硬塑料片的方法 学生将塑料片固定在木板上 为了简便 教师将斜面固定为 300 学生在木板中上方 定钉子 将拴有小球的绳子的另一端拴在钉子上 学生开始配合做实验 学生 C 得出的数据如下 次数细线长度等效摆长实验周期等效摆长对应的周期 10 4m0 2m1 8s0 9s 20 3m0 15m1 55s0 78s 30 2m0 1m1 28s0 63s 用心 爱心 专心3 学生发现实际周期与等效摆长的周期并不相同 学生觉得很纳闷 这是为什么呢 此时教师与学生共同分析 教师问学生 是不是因为误差造成的 学生异口同声的回答 不会的 误差怎么会这么大呢 而且每组都有这么大的误差 教师又问 提供给双线摆 及斜面上的摆的回复力是否相同 学生回答 不同 教师指出 这就是两个实验结果不 同的根本所在 教师提示 简易单摆当它平衡时 拉力 F mg 所以 g F m g 正是 F m 的值 斜面 上单摆 当它平衡时 拉力 F mgsin F m gsin 此时周期是否可以写成 T 2 L gsin 呢 学生回答 可能 需计算一下 经过他们的计算 发现实际周期与上述公式计算的 周期基本相符 此时 教师提出等效重力加速度的概念 它是摆球平衡时拉力对应的加速度 即 F m 也就是说单摆公式中 g 应扩展为等效重力加速度 在此基础上给学生讲解一个例 题 将一带正电的小球用细线拴住 悬挂于天花板上 O 点 同时在 O 点固定一带负电的 小球 将悬挂的小球拉离平衡位置让其摆动 求其周期 分析 在这一过程中库仑引力 为法向力 不提供回复力 与摆球运动快慢无关 所以不影响周期 即此摆的周期仍为 T 2 L g 5 合作交流总结出实验结论 请第一组同学总结双线摆周期的结论 第二组同学总结斜面上摆球周期的结论 再 让同学们合作 归纳出最后的结论 学生能够将单摆的周期公式外推为 T 2 L g 其中为 L 等效摆长 g 为等效重力加速度 6 巩固反馈 开拓思路 两个作业 1 在以加速度为 a 的匀加速上升的升降机中有一单摆 摆长为 l 此 摆周期为多少 2 处在竖直向下的匀强电场 E 中的一摆球 质量为 m 电量为 q 摆长为 l 此摆周期为多少 四 教学体会 1 激发学生的求知欲 培养他们的学习兴趣 是学习物理的一个关键 教育学 生对待科学一定要实事求是 不要敷衍了事 2 教师在教学中不是灌输知识 而是启发 学生通过实验 独立思考和主动探 索 逐步理解和掌握知识的发生过程 参考文献 1 高考思维新平台 天津人民出版社 2 物理实验 2004 3