人教版高中物理選擇性必修1第2章第5節(jié)用單擺測量重力加速度教學設計

人教版高中物理選擇性必修1第2章第5節(jié)用單擺測量重力加速度

教學設計

課題單擺測量重力加速度單元2學科物理年級高二

用單擺測量重力加速度是高中階段精度比較高的實驗。教材按照實驗設計及操作的一般

步驟，先介紹實驗思路，依據(jù)周期公式讓學生“想一想，要根據(jù)上式測量重力加速度，需

要測量哪些物理量?應該如何設計實驗裝置、選擇實驗器材?怎樣才能減小實驗誤差?”在學

生思考和討論的基礎上，進而描述實驗裝置和物理量的測量方法，提出常用的數(shù)據(jù)分析方法。

為了保證實驗的精度，本節(jié)教材對減小實驗誤差非常重視，在實驗裝置設計上引導學生思考

如何減小實驗誤差:在“思考與討論”中要求學生討論如何選擇擺線、擺球，以及擺線的懸

教材掛方式:在擺長、周期的測量環(huán)節(jié)，分別提供兩種測量方式進行對比，引導學生討論后根據(jù)

分析

測量需要進行選擇:在數(shù)據(jù)分析時引導學生采用圖像法減小實驗誤差。

本節(jié)教學的重點是單擺擺長和周期的測量及實驗誤差分析。單擺擺長和周期的測量是完

成本實驗的基礎，也是實驗誤差的主要來源。實驗數(shù)據(jù)處理和誤差分析是本節(jié)的教學難點。

學生雖已經(jīng)具備利用單擺周期公式求重力加速度的能力，但在通過測量和數(shù)據(jù)處理來提高實

驗精度方面存在不足。學生知道“平均值法”能減小偶然誤差，但對用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)

還不夠熟練。

1.明確用單擺測定重力加速度的原理和方法。

教學2.學會用單擺測當?shù)氐闹亓铀俣?，學會減小實驗誤差的方法。

目標3.知道如何選擇實驗器材，能熟練地使用秒表。

與核科學探究：利用單擺測量當?shù)氐闹亓铀俣?/p>

心素

科學態(tài)度與價值觀：通過對當?shù)丶铀俣鹊臏y量，培養(yǎng)認真探究的科學精神和知識的遷移

養(yǎng)

應用能力。

重點學會用單擺測當?shù)氐闹亓铀俣龋瑢W會減小實驗誤差的方法。

難點學會用單擺測當?shù)氐闹亓铀俣?，學會減小實驗誤差的方法。

教學過程

教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設計意圖

導入新課了解地球表面重力加速度的分布，對地球物理

學、航空航天技術及大地測量等領域有十分重要的思考原來

意義。為此,就需要了解測量重力加速度的方法。學習過的測量引發(fā)學生思

如何測量重力加速度呢？重力加速度的考，在回顧舊知

方法。識的同時，引出

新課內(nèi)容。

講授新課1、物體可以看做單擺的條件？

懸點：固定。思考什么思考單擺的

細線：不可伸縮，質(zhì)量不計，長度遠大于小球是單擺？定義，讓學生明

直徑。單擺的理確在現(xiàn)實生活中

擺球：體積小，質(zhì)量大。想化模型如何如何得到單擺模

擺角：小于5°。理解。型，為下一步完

2、利用單擺測重力加速度的原理是什么？成實驗操作打下

l基礎。

單擺做簡諧運動時，其周期為：T2

g

2l

g42

得：T

只要測出單擺的擺長L和振動周期T，就可以

求出當?shù)氐闹亓铀俣萭的值。

小組討論

3、其中涉及到的擺長L和周期T怎么測量？

測重力加速度

（1）測擺長：擺長為L+r

的原理，以及

用米尺量出懸線長L，精確到毫米

涉及到的物理通過小組討

用游標卡尺測擺球直徑，算出半徑r，也準確

量的測量方論，讓學生掌握

到毫米

法。測量方法，明確

（2）測周期：

實驗過程中的注

把單擺從平衡位置拉開一個角度（＜5°）釋

意事項。提高實

放，用秒表測量單擺的周期。

驗的準確性。

思考：①怎樣才能減小測量L和T的誤差？

②為了測量周期，擺球到達哪個位置的

時刻作為計時開始與停止的時刻比較好？

用秒表測量單擺完成30次全振動（或50次）

所用的時間t，求出完成一次全振動所需要的時間，

這個平均時間就是單擺的周期。

應以擺球經(jīng)平衡位置計時開始與停止時刻

4、請簡述實驗步驟？

（1）做單擺：讓細線的一端穿過擺球的小孔，

然后打一個比孔大的線結，制成一個單擺.

結合前面

的討論內(nèi)容，

梳理實驗操作

步驟。

（2）測擺長：擺長為l=l線+d/2

（3）測周期：把單擺從平衡位置拉開一個角

度（＜5o）放開它。

用秒表測量單擺的周期。以擺球經(jīng)平衡位置計

時開始與停止時刻。

讓學生掌握

（4）數(shù)據(jù)處理

常用的數(shù)據(jù)處理

①平均值法：每改變一次擺長，將相應的l和

方法：平均值法

T代入公式中求出g值，最后求出g的平均值.如下

和圖像法。

表處理數(shù)據(jù)：

②圖像法：

2

L42

由T2得T2l作出T-l圖像，

gg

即以T2為縱軸,以l為橫軸.其斜率

42

k由圖像可計算出斜率，可求出重力加速度

g

學生結合

42

g。

k討論內(nèi)容，分

（5）重復幾次實驗。組完成實驗，

5、分組完成實驗并對數(shù)據(jù)進行

6、誤差分析相應的處理。

1、本實驗系統(tǒng)誤差主要來源于單擺模型本身

是否符合要求,即懸點是否固定;是單擺還是復擺;結合實驗

球、線是否符合要求;振動是圓錐擺還是同一豎直數(shù)據(jù)，分析數(shù)

平面內(nèi)振動以及測量哪段長度作為擺長等。據(jù)誤差。

2、本實驗偶然誤差主要來自時間(即單擺周

期)的測量上。因此要注意測準時間(周期),要從擺

球通過平衡位置開始計時,不能多記或漏記振動次

數(shù)。為了減小偶然誤差,應進行多次測量后取平均

值。

提高實驗精度從兩個方面入手：

(1)盡可能準確地測量出擺長和周期；讓學生先進

(2)多次改變擺長,重做實驗得到多組數(shù)據(jù),并行實驗操作，結

用圖像法處理數(shù)據(jù)。合實驗操作數(shù)據(jù)

7、本實驗有哪些注意事項？和操作流程，總

①選擇材料時應選擇細輕又不易伸長的線，長結合實驗結本次實驗中需

度一般在1m左右，小球應選用密度較大的金屬球，操作過程，總要注意的事項，

直徑應較小，最好不超過2cm；結實驗中的注并對所測量的數(shù)

②單擺懸線的上端不可隨意卷在鐵夾的桿上，意事項。據(jù)進行誤差分

應夾緊在鐵夾中，以免擺動時發(fā)生擺線下滑或懸點析。更能加深學

不固定，擺長改變的現(xiàn)象；生對實驗的理解

③注意擺動時擺角不易過大，不能超過5o，以程度。

保證單擺做簡諧運動；

④擺球擺動時，要使之保持在同一個豎直平面

內(nèi)，不要形成圓錐擺；

⑤測量從球通過平衡位置時開始計時，因為在

此位置擺球速度最大，易于分辨小球過此位置的時

刻。

⑥為了減少偶然誤差改變擺長，多次測量求平

均值。

課堂練習1、(1)物理課外小組研究“用單擺測完成課堂

重力加速度”實驗,他們依照教材實驗直接測量的練習。

物理量應為、、,其公通過練習鞏

式為。固基礎知識。

(2)他們測出不同的擺長(l)所對應的周期

(T),在進行數(shù)據(jù)處理時:①如果甲同學以擺長(l)

為橫坐標、周期(T)的二次方為縱坐標作出了T2-l

圖像,若他測得的圖像的斜率為k,則測得的重力加

速度g=。若甲同學測擺長時,忘記測擺球

的半徑,則他用圖像法求得的重力加速度

(選填“偏小”“偏大”或“準確”)。②乙同學根

據(jù)公式:,并計

算重力加速度,若乙同學測擺長時,也忘記了測擺

球的半徑,則他測得的重力加速度(選填

“偏小”“偏大”或“準確”)。

(3)甲同學測量5種不同擺長下單擺的振動周

期,記錄結果如表所示。

以擺長(l)為橫坐標、周期(T)的二次方為縱坐

標,作出T2-l圖像,請你替他在作出T2-l圖像,利

用此圖像求出的重力加速度大小為。

解析:(1)本實驗是利用單擺的周期公式T=2π得

出g=,即只要測出擺長l和周期T就能求出當

地的重力加速度g,而l=l0+,T=。顯然,本實驗直

接測量的物理量應為擺線長l0、擺球直徑d以及完

成n次全振動所用的時間t。其公式為

g=。

(2)①若依據(jù)測量數(shù)據(jù),作出T2-l圖像,其斜率為

k=,而g=,故有g=。圖像函數(shù)式應為

T2=l,如果忘記d,則函數(shù)式寫為

T2=·(l-),顯然圖像的斜率不變,所以加速度

的測量值不變。②若根據(jù)公式T=2π,得g=,

并計算重力加速度,如果忘記d,測量公式寫為

g=,顯然測量值偏小。

(3)建立如圖坐標系,并標出適當?shù)臉硕?依據(jù)數(shù)學

描點法畫出T2-l圖像如圖所示,則圖像的斜率大約

為k=4.0。依據(jù)圖像求出重力加速度為g==9.86

m/s2。

答案:(1)擺線長l0擺球直徑dn次全振動的時

間tg=(2)①準確②偏小

(3)T2-l圖像見解析9.86m/s2

拓展提高1.用單擺測定重力加速度,根據(jù)的原理是

()完成拓展通過練習，

42l提高。鞏固基礎知識。

A.由g看出，T一定時，g與L成正

T2

比。

42l

B.由g看出，l一定時，g與T2成反

T2

比。

C.由于單擺的振動周期T和擺長l可以試驗測

42l

定，因此利用g可算出當?shù)氐闹亓铀俣取?/p>

T2

D.同一地區(qū)單擺的周期不變,不同地區(qū)的重力

加速度與周期的二次方成反比。

解析:同一地區(qū)重力加速度不變,選項A、B、D

錯誤;用單擺測重力加速度的原理是,根據(jù)單擺的

周期公式T=2π得g=,測出單擺周期T和擺

長l,計算可得當?shù)氐闹亓铀俣萭,選項C正確。

答案：C

2.某同學用實驗的方法探究影響單擺周期的

因素。

(1)他組裝單擺時,在擺線上端的懸點處,用一

塊開有狹縫的橡皮夾牢擺線,再用鐵架臺的鐵夾將

橡皮夾緊,如圖所示。這樣做的目的是(填

字母代號)。

A.保證擺動過程中擺長不變

B.可使周期測量得更加準確

C.需要改變擺長時便于調(diào)節(jié)

D.保證擺球在同一豎直平面內(nèi)擺動

(2)他組裝好單擺后在擺球自然懸垂的情況

下,用毫米刻度尺從懸點量到擺球的最低端的長度

l=0.9990m,再用游標卡尺測量擺球直徑,結果如

圖所示,則該擺球的直徑為mm,單擺擺長

為m。

(3)下列振動圖像真實地描述了對擺長約為1m

的單擺進行周期測量的四種操作過程。圖中橫坐標

原點表示計時開始,A、B、C均為30次全振動的圖

像,已知sin5°=0.087,sin15°=0.26,這四種操

作過程合乎實驗要求且誤差最小的是(填

字母代號)。

解析:(1)用一塊開有狹縫的橡皮夾牢擺線的

目的是保證擺動過程中擺長不變,需要改變擺長時

便于調(diào)節(jié),選項A、C正確。

(2)根據(jù)游標卡尺讀數(shù)規(guī)則,擺球直徑為12.0

mm,單擺擺長為

L-d/2=0.9990m-0.0060m=0.9930m。

(3)單擺測量周期,必須從平衡位置開始計時,

且擺角小于