2024-2025学年高中物理 第一章 机械振动 5 学生实验：用单摆测定重力加速度教案1 教科版选修3-4

2024-2025学年高中物理第一章机械振动5学生实验：用单摆测定重力加速度教案1教科版选修3-4学校授课教师课时授课班级授课地点教具教材分析《2024-2025学年高中物理第一章机械振动》的5节学生实验课“用单摆测定重力加速度”选自教科版选修3-4，是本章重要的实践环节。本节实验课紧密联系课本中关于简谐运动和单摆周期的理论知识，通过设计单摆实验，让学生亲身体验并验证重力加速度的测定，深化对物理概念的理解。课程将引导学生运用已学过的单摆周期公式，通过实验数据测定当地的重力加速度，培养学生实验操作能力、数据分析能力和科学探究精神，强化理论与实践相结合的教学原则。核心素养目标本节实验课旨在提升学生在物理学科的核心素养，特别是科学探究和物理观念的形成。通过用单摆测定重力加速度的实验，学生将培养以下核心素养：首先，深化对机械振动中简谐运动的理解，形成对物理现象的准确认识，加强对单摆周期公式的物理意义的认识。其次，锻炼学生设计实验方案、进行实验操作的能力，培养其科学探究的实践技能。再次，通过数据收集与分析，提升学生运用物理知识解决实际问题的能力，强化证据意识和科学思维。最终，通过反思实验过程和结果，培养学生对科学本质的认识，促进科学精神与创新意识的融合发展。教学难点与重点1.教学重点

-单摆模型的建立：强调单摆的理想化条件，即摆线无伸缩、摆球无阻力，以及摆角小于5°的近似条件。

-单摆周期公式的理解：重点讲解周期公式T=2π√(L/g)中的物理含义，特别是重力加速度g与摆长L的关系。

-实验操作技能：培养学生正确使用游标卡尺测量摆长、秒表测量周期的能力，以及如何进行多次测量以提高数据的准确性。

-数据处理方法：指导学生如何处理实验数据，包括计算平均值、标准差等，以及如何从数据中提取重力加速度的值。

举例：在讲解单摆周期公式时，通过图示和动画演示，让学生直观理解摆长变化对周期的影响，以及重力加速度在不同地理位置的变化。

2.教学难点

-理解单摆运动的简谐近似：学生往往难以理解为何可以忽略摆角大于5°时的影响，将单摆运动视为简谐运动。

-实验误差分析：学生可能难以识别和控制实验中可能出现的误差来源，如摆长的测量误差、周期测量的时间误差等。

-数据分析技巧：如何从实验数据中准确提取重力加速度值，并理解实验结果与理论值之间的差异。

-实验设计与改进：指导学生如何设计实验以减小误差，以及如何改进实验方法来提高测量的精确度。

举例：针对简谐近似的难点，通过实验演示摆角对周期的影响，使学生看到摆角较小时，单摆的周期几乎不受摆角大小的影响。对于实验误差分析，教师可以引导学生思考如何减少人为误差，如使用更精确的测量工具，或者改进测量方法，例如采用累积法测量周期以减小时间测量误差。教学方法与手段1.教学方法

-讲授法：通过生动的语言和物理现象的直观图示，向学生清晰阐述单摆测定重力加速度的理论基础，如单摆的简谐运动特点和周期公式。

-讨论法：组织学生就实验设计、误差分析等方面进行小组讨论，鼓励学生发表见解，相互交流心得，共同解决问题。

-实验法：指导学生亲自动手进行单摆实验，从实际操作中感受物理规律的客观存在，通过实验数据验证理论公式。

2.教学手段

-多媒体设备：利用PPT、视频、动画等形式，生动展示单摆运动过程和周期公式的推导，增强学生对抽象物理概念的理解。

-教学软件：运用物理实验室模拟软件，让学生在虚拟环境中预习和复习实验操作，提前了解实验步骤和注意事项。

-数据处理工具：教授学生使用Excel等数据处理软件进行实验数据的收集、整理和分析，提高数据处理的速度和准确性。教学实施过程1.课前自主探索

-教师活动：

发布预习任务：通过学校在线学习平台，发布关于单摆测定重力加速度的预习资料，包括理论知识PPT和实验操作视频，明确预习目标和要求。

设计预习问题：围绕单摆的简谐运动和周期公式，设计问题，如“单摆的运动为何能视为简谐运动？”和“摆长和重力加速度如何影响单摆的周期？”

监控预习进度：通过平台统计数据和学生的反馈，了解学生的预习情况，确保预习效果。

-学生活动：

自主阅读预习资料：学生按照预习要求，自行学习单摆的基础知识。

思考预习问题：学生尝试回答预习问题，记录自己的理解和疑问。

提交预习成果：学生将预习笔记、问题列表等提交至平台或直接反馈给老师。

-教学方法/手段/资源：

自主学习法：鼓励学生独立探索，培养自主学习能力。

信息技术手段：利用在线平台，实现资源的快速共享和预习进度的实时监控。

-作用与目的：

帮助学生初步理解单摆测定重力加速度的理论基础，为课堂学习打下基础。

培养学生的自主学习能力和问题意识。

2.课中强化技能

-教师活动：

导入新课：通过一个关于单摆的历史故事，引出本节课的主题，激发兴趣。

讲解知识点：详细讲解单摆的周期公式及其物理意义，结合实验演示，帮助学生理解。

组织课堂活动：设计小组讨论和角色扮演，让学生在模拟实验中掌握操作技能。

解答疑问：针对学生的疑问，进行个别解答或集体讨论。

-学生活动：

听讲并思考：学生专注听讲，对讲解中的关键点进行思考。

参与课堂活动：在小组讨论和角色扮演中，学生亲身体验单摆实验的操作过程。

提问与讨论：学生勇敢提出问题，参与课堂讨论，共同解决问题。

-教学方法/手段/资源：

讲授法：通过讲解，帮助学生深入理解单摆的物理原理。

实践活动法：通过实验操作，培养学生的动手能力和实验技能。

合作学习法：通过小组合作，培养学生的团队协作和沟通能力。

-作用与目的：

加深学生对单摆测定重力加速度理论的理解，掌握实验操作技能。

通过实践活动，提高学生的实验设计和问题解决能力。

3.课后拓展应用

-教师活动：

布置作业：根据课堂内容，布置相关的课后作业，如实验数据的处理和分析。

提供拓展资源：向学生推荐相关的学术文章和视频，拓展学生的知识视野。

反馈作业情况：及时批改作业，给予学生个性化的反馈和指导。

-学生活动：

完成作业：学生认真完成作业，巩固课堂所学。

拓展学习：利用教师提供的资源，进一步探索单摆相关的物理问题。

反思总结：学生反思学习过程，总结学习收获，提出自我改进的建议。

-教学方法/手段/资源：

自主学习法：鼓励学生自主完成作业和拓展学习。

反思总结法：引导学生通过反思，促进自我认知和能力的提升。

-作用与目的：

巩固学生对单摆知识点的理解和实验技能的掌握。

通过拓展学习，提高学生的学术素养和探究能力。

通过反思，帮助学生形成持续学习的习惯，促进个人成长。知识点梳理1.单摆的构成及理想条件

-单摆由摆线和摆球组成，摆线不可伸缩、无阻力，摆球质量集中，无阻力。

-理想单摆的条件是摆角小于5°，此时单摆运动可以近似为简谐运动。

2.单摆的简谐运动特点

-单摆的周期与摆长有关，与摆球质量和摆角无关。

-单摆的周期公式：T=2π√(L/g)，其中T为周期，L为摆长，g为重力加速度。

3.重力加速度的概念

-重力加速度是物体在重力作用下加速度的大小，与地理位置有关。

-重力加速度的测量：通过单摆实验，利用周期公式计算得出。

4.单摆实验的操作步骤

-测量摆长：使用游标卡尺或直尺准确测量摆线的长度。

-测量周期：使用秒表测量单摆完成一次全振动的时间，多次测量求平均值。

-数据处理：利用周期公式计算重力加速度，分析实验误差。

5.实验误差分析

-系统误差：由实验装置或测量方法引起的，如摆长测量的误差。

-随机误差：由多种因素引起的偶然误差，如周期测量的误差。

-减小误差的方法：使用精确的测量工具，多次测量求平均值，改进实验方法等。

6.单摆实验的注意事项

-保持摆线水平，确保摆球无初速度。

-测量周期时，开始和结束的判定点要准确。

-实验过程中要尽量减小外部因素的干扰，如空气阻力、温度变化等。

7.单摆实验的应用

-测定当地的重力加速度。

-研究简谐运动的一般规律。

-探究摆长与周期的关系，验证物理公式。

8.科学探究的方法

-设计实验：根据理论知识和实验目的设计实验方案。

-数据收集：准确记录实验数据，进行多次测量以提高可靠性。

-数据分析：利用数学工具和物理原理对数据进行分析，得出结论。

-反思评价：对实验过程和结果进行反思，评价实验方案的优劣。课堂小结，当堂检测-单摆的简谐运动特点和周期公式：回顾单摆的简谐运动特点，强调周期与摆长和重力加速度的关系，以及周期公式T=2π√(L/g)。

-重力加速度的测定：回顾重力加速度的概念，以及通过单摆实验测定重力加速度的方法。

-单摆实验的操作步骤：回顾单摆实验的操作步骤，包括摆长的测量、周期的测量和数据的处理。

-实验误差分析：回顾实验误差的来源，以及减小误差的方法，如使用精确的测量工具，多次测量求平均值等。

-单摆实验的注意事项：回顾实验过程中需要注意的事项，如保持摆线水平，准确测量周期等。

2.当堂检测

-单摆的简谐运动特点：提问学生单摆的简谐运动特点，如周期与摆长的关系，周期与摆球质量的关系等。

-周期公式：提问学生周期公式T=2π√(L/g)中各变量的物理意义，以及如何利用该公式测定重力加速度。

-实验操作步骤：提问学生单摆实验的操作步骤，如如何测量摆长，如何测量周期等。

-实验误差分析：提问学生实验误差的来源，以及如何减小误差。

-实验注意事项：提问学生在实验过程中需要注意的事项，如保持摆线水平，准确测量周期等。板书设计①重点知识点：

-单摆简谐运动特点

-周期公式：T=2π√(L/g)

-重力加速度测定方法

-实验操作步骤

-误差来源与减小方法

②词、句：

-简谐运动：摆角小，周期与摆长、重力加速度相关。

-周期公式：记忆口诀“二π摆长根号下，除以重力加速度”。

-实验步骤：测摆长、计周期、算重力加速度。

-误差分析：系统误差、随机误差、累积法减小误差。

③艺术性与趣味性：

-使用彩色粉笔，突出重点知识，如周期公式中的关键变量。

-绘制单摆示意图，标注摆长、周期等关键参数，增加直观性。

-设计“重力加速度迷宫”游戏，让学生在游戏中复习相关知识。

-创作以单摆为主题的知识漫画，通过趣味故事情节展示实验过程和注意事项。课后作业1.设计一个单摆实验，用于测定当地的重力