人教版選修3-4 物理：11.4 單擺 用單擺測重力加速度 教學(xué)設(shè)計

一、教學(xué)目的1、知識與技能、使學(xué)生學(xué)會用單擺測定當?shù)氐闹亓铀俣?；、使學(xué)生學(xué)會處理數(shù)據(jù)的方法；、讓學(xué)生能正確熟練地使用秒表。、鞏固和加深對單擺周期公式的理解.2、過程與方法：學(xué)生發(fā)散思維、探究重力加速度的測量方法明確本實驗的測量原理一一組織實驗器材、探究實驗步驟一一進行實驗一一分析數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)論。學(xué)習(xí)用累積法減小相對誤差的方法.3、情感態(tài)度與價值觀、通過課堂活動、討論與交流培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神。、通過對振動次數(shù)的計數(shù)等培養(yǎng)學(xué)生仔細觀察、嚴謹治學(xué)的科學(xué)素養(yǎng)。二、教學(xué)重點與難點1、重點：了解單擺的構(gòu)成。單擺的周期公式。處理數(shù)據(jù)的方法。mm2、難點：（1）計時的準確性。（2）計數(shù)的準確性。三、教學(xué)過程（一）引入：曾經(jīng)有個廣東人到瑞士旅游，看到擺鐘很漂亮，就買了一個回家，但是回到廣東之后發(fā)現(xiàn)擺鐘不準了，在瑞士買的時候是很準的。后來就打315投訴，進過專家鑒定擺鐘質(zhì)量是沒有問題的。那問題出現(xiàn)在哪里？擺鐘走慢了還是走快了？如何調(diào)準呢原來地球上不同地方重力加速度g不同，同一個擺鐘拿到不同地方周期肯定不一樣，g跟什么有關(guān)呢？兩極最大，赤道最小，g隨著緯度的減小而減小高度增加而減小。瑞士到廣東，緯度減小，g變小，周期變大,走慢了，應(yīng)把擺長變短。如何測量當?shù)氐闹亓铀俣饶?？測重力加速度的方法：1、物體作自由落體運動；g=2ht22、物體從光滑的斜面上由靜止下滑；g=—2St2sin3、彈簧測力計與天平：g=G33（二）、實驗原理：鐵架臺單擺在擺角很小的情況下做簡諧運動?單擺的周期與振幅、擺球的質(zhì)量無關(guān)與擺長的二次方根成正比.與重力加速度的二次方根成反比.把測得的周期和擺長的數(shù)值代入公式g=4丿，鐵架臺*求出重力加速度g的值（三）實驗步驟：做單擺，取約1米長的線繩穿過帶孔的小鋼球，并打一個比小孔大一些的結(jié)，并固定在鐵架臺上；用米尺量出懸線長l準確到毫米，用游標卡尺測擺球直徑d,算出半徑r，也準確到毫米，算出擺長L=l+r；把單擺從平衡位置拉開一個角度（〈5。）放開它，用秒表測量單擺完成30次全振動所用的時間，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。T=t/n；改變擺長，重做幾次實驗。求g的平均值。整理器材。參考表格："^數(shù)~擺長L（米）振動次數(shù)n時間周期g~（次）t（秒）T（秒）12

四）、數(shù)據(jù)處理方法一：將測得的幾次的周期T和擺長l代入公式算出重力加速度g的值，再算出g的平均值，即為當?shù)氐闹亓铀俣鹊闹担椒ǘ簣D象法由單擺的周期公式可得g二象，是一條過原點的直線，如右圖所示，求出斜率k，即可求出g值.g=4；2k,象，是一條過原點的直線，如右圖所示，求出斜率k，即可求出g值.g=4；2k,停表的使用和讀數(shù)：停表的讀數(shù)等于內(nèi)側(cè)分針的讀數(shù)與外側(cè)秒針的讀數(shù)之和注意：當內(nèi)側(cè)分針沒有超過半格時，外側(cè)秒針讀小于30的數(shù)字，超過半格時，外側(cè)秒針讀大于30的數(shù)字機械式停表只能精確到O?ls,讀數(shù)時不需估讀.四、注意事項：1)選擇材料時應(yīng)選擇細輕又不易伸長的線，長度一般在1m左右，小球應(yīng)選用密度較大的金屬球，直徑應(yīng)較小，最好不超過2cm；(2)單擺懸線的上端不可隨意卷在鐵夾的桿上，應(yīng)夾緊在鐵夾中，以免擺動時發(fā)生擺線下滑或懸點不固定，擺長改變的現(xiàn)象；注意擺動時擺角不易過大，不能超過5°,以保證單擺做簡諧運動；擺球擺動時，要使之保持在同一個豎直平面內(nèi)，不要形成圓錐擺測量應(yīng)在擺球通過平衡位置時開始計時，因為在此位置擺球速度最大，易于分辯小球過此位置的時刻；畫出單擺的平衡位置，作為記時的參照點.必須是擺球同方向經(jīng)過平衡位置記一次數(shù).采用倒計時計數(shù)法3.2.1.0.1.測量單擺的振長時應(yīng)使擺球處于自然下垂狀態(tài)，用米尺測量出擺線的長度，再用游標卡尺測出擺球的直徑，然后算出擺長，要準確到毫米位.五、結(jié)論與誤差分析：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(fù)擺，球、線是否符合要求，振動是圓錐擺還是在同一豎直平面內(nèi)振動，以及測量哪段長度作為擺長等等。只要注意了上面這些方面，就可以使系統(tǒng)誤差減小到遠小于偶然誤差而忽略不計的程度.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)?要從擺球經(jīng)過平衡位置開始計時，并采用倒數(shù)計時計數(shù)的方法，不能多記或漏記振動次數(shù).為了減小偶然誤差，應(yīng)進行多次測量后取平均值.本實驗中長度（擺線長、擺球的直徑的測量值，讀數(shù)讀到毫米位即可（即使用卡尺測擺球直徑也只需讀到毫米位）.時間的測量中，停表讀數(shù)的有效數(shù)字的末位在“秒”的十分位即可.六、實驗改進1、將單擺改為雙線擺，如下圖所示，以防止單擺在擺動過程中形成光源與光敏電阻，如圖所示，光敏電阻與某一自動記錄儀相連。

，擺線宜選用①擺球就選用o②測擺線的長度用，要求準確到，測小球直徑，要求準確到，測量擺動30-50，擺線宜選用①擺球就選用o②測擺線的長度用，要求準確到，測小球直徑，要求準確到，測量擺動30-50次時間用。此外，還需要配備和。2、某同學(xué)測定的g的數(shù)值比當?shù)毓J值大，造成的原因可能是：④⑥⑦。擺球質(zhì)量太大了；擺長太長了；擺角太大了（擺角仍小于10°）；量擺長時從懸點量到球的最下端；計算擺長時忘記把小球半徑加進去；擺球不是在豎直平面內(nèi)做簡諧振動，而是做圓錐擺運動；⑦計算周期時，將(n-l)次全振動誤記為n次全振動;3、為了提高周期的測量精度，下列哪些做法是可取的？BCA、用秒表直接測量一次全振動的時間；C、D、E、F、C、D、E、F、圖1-5-3圖1-5-3在最大位移處啟動秒表和結(jié)束計時；用秒表測100次全振動時間，計算平均周期；在平衡位置啟動秒表，并開始計算，當擺球第30次經(jīng)過平衡位置時制動秒表，若讀數(shù)為t，則T=t/30。4、在“用單擺測定重力加速度”的實驗中，某同學(xué)測定了5種不同擺長時的振動周期，并把所得數(shù)據(jù)列表如下：擺長l/m田甘Ht/丄0.5001An0.8000.900——1.000——1.200—Con周期1/sT/c1.42Q°C1.79oon1?902.002?20AQA2/S22.O23.203.614.004.84在圖1-5-3中的坐標紙上以T2為縱坐標、以L為橫坐標，把表中數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點用“X”標出，并作出T廠L圖象.利用圖象求出重力加速度g的值(寫出公式，要求保留兩位有效數(shù)字)．5、某同學(xué)在用單擺測重力加速度的實驗中，由于擺球質(zhì)量不均勻重心無法找到，于是他采取了如下方法來測定重力加速度。第一次量得擺球頂部到懸點的長為L，測得對應(yīng)振動周期為T；11第二次量得擺球底部到懸點的長為L，測得對應(yīng)振動周期為To22則重力加速度的表達式為：。八、教學(xué)反思（1）簡要說明實驗方案的設(shè)計思路；（2）簡要說明測量的主要步驟與需要測量的物理量；（3）用已知量和測得量表示重力加速度的計算式；（4）通過測得量計算重力加速度的平均值。