實(shí)驗(yàn)用單擺測量重力加速度教學(xué)設(shè)計物理與地理及信息技術(shù)學(xué)科融合高二上學(xué)期物理人教版選擇性

物理與地理及信息技術(shù)學(xué)科融合教學(xué)案例《用單擺測量重力加速度》教學(xué)設(shè)計【教材分析】“重力加速度”同學(xué)們在高一的力學(xué)部分已經(jīng)有了一定的感性認(rèn)識，積累了相關(guān)的物理觀念和科學(xué)思維。本節(jié)課是在前置概念的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步深入探究如何測量出重力加速度，通過上一節(jié)課《單擺》中惠更斯確定的單擺周期公式，啟發(fā)同學(xué)們利用運(yùn)動和相互作用觀念、科學(xué)探究等來設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案開展測量實(shí)驗(yàn)。本節(jié)課側(cè)重于引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，親自動手開展探究實(shí)驗(yàn)，通過自主實(shí)驗(yàn)測量出本地重力加速度，學(xué)生在經(jīng)歷科學(xué)探究的過程中，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，體驗(yàn)成功的喜悅?！窘虒W(xué)目標(biāo)】物理觀念知道實(shí)驗(yàn)原理，會用運(yùn)動與相互作用的觀念來分析單擺的運(yùn)動?？茖W(xué)思維用科學(xué)的方法對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行綜合分析、推理論證，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理科學(xué)有效，會分析誤差產(chǎn)生的原因。科學(xué)探究能夠在實(shí)驗(yàn)過程中通過觀察發(fā)現(xiàn)問題，并分析問題產(chǎn)生的原因，能夠基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論并進(jìn)行交流反思?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任在動手實(shí)驗(yàn)過程中，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，以及為祖國做貢獻(xiàn)的社會責(zé)任。【教學(xué)重難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計思路、實(shí)驗(yàn)原理及周期、擺長的測量；教學(xué)難點(diǎn)用兩種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)誤差分析?！疽胄抡n】1.廣東人到瑞士買擺鐘的故事曾經(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)擺鐘計時不準(zhǔn)了，而在瑞士買的時候是很準(zhǔn)的。后來就打投訴，但經(jīng)過鑒定擺鐘的質(zhì)量是沒有問題的。那問題出現(xiàn)在哪里？擺鐘是走慢了還是走快了？如何進(jìn)行校準(zhǔn)呢？2.實(shí)際原因：物體質(zhì)量沒有變化，由G=mg可知，重力加速度g在改變，它的變化規(guī)律就是隨地球緯度的增加，g增大。那么，我們除了通過自由落體運(yùn)動，還有哪些方法可以測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣饶兀?.測量重力加速度的物理意義（與地理學(xué)科融合）即便是在同一緯度上，g的值也會有不同，這是為什么呢？——這與地球該處的內(nèi)部物質(zhì)成分有關(guān)系，我們根據(jù)這個特點(diǎn)，可以探測地面下的礦產(chǎn)物質(zhì)等，除此以外，了解地球表面重力加速度的分布，對地球物理學(xué)、航空航天技術(shù)及大地測量等領(lǐng)域有十分重要的意義。為此，就需要了解測量重力加速度的方法。4.如何來測量重力加速度呢？那么，我們除了通過自由落體運(yùn)動，還有哪些方法可以測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣饶?？在上一?jié)課，我們學(xué)習(xí)了荷蘭物理學(xué)家惠更斯對單擺運(yùn)動的研究，知道了單擺做簡諧運(yùn)動周期與重力加速度的關(guān)系，本節(jié)課我們沿著科學(xué)家惠更斯的研究思路，利用單擺來測重力加速度。【新課教學(xué)】一、實(shí)驗(yàn)思路惠更斯在推導(dǎo)出單擺的周期公式后，用一個單擺測出了巴黎的重力加速度。我們也可以采用同樣的辦法，測量我們深圳市的重力加速度數(shù)值。當(dāng)擺角較小時，單擺做簡諧運(yùn)動，根據(jù)其周期公式可得想一想，要根據(jù)上式測量重力加速度，需要測量哪些物理量？應(yīng)該如何設(shè)計實(shí)驗(yàn)裝置、選擇實(shí)驗(yàn)器材？怎樣才能減小實(shí)驗(yàn)誤差？二、實(shí)驗(yàn)裝置單擺裝置的制作1．將細(xì)線的一端穿過小球的小孔，然后打一個比孔徑稍大一些的結(jié)，把細(xì)線的另外一端固定在鐵架臺上面，制成一個單擺。2．把線的上端用鐵夾固定在鐵架臺上并把鐵架臺放在實(shí)驗(yàn)桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，讓擺球自由下垂，在單擺平衡位置處放上一支筆作標(biāo)記。3．將小球拉起一個很小的擺角，由靜止釋放小球，該小球?qū)⒆龊喼C運(yùn)動，這便是一個單擺裝置。細(xì)線上端的兩種懸掛方式思考與討論：細(xì)線上端的兩種懸掛方式1.線有粗細(xì)、長短的不同，伸縮性也有區(qū)別。不同的小球，質(zhì)量和體積有差異。想一想，應(yīng)如何選擇擺線和擺球？為什么？2.右圖畫出了細(xì)線上端的兩種不同的懸掛方式。應(yīng)該選用哪種方式？為什么？三、物理量的測量1．測擺長測擺球的直徑方法一：測擺球的直徑用米尺量出從懸點(diǎn)到小球上端的懸線長l0，再用游標(biāo)卡尺測量出擺球的直徑d，則擺長l＝l0＋。2．測周期將單擺從平衡位置拉開一個小角度(擺角小于5°)，然后釋放擺球讓單擺在豎直平面內(nèi)擺動。當(dāng)單擺擺動穩(wěn)定后，從小球某次通過平衡位置時開始計時，測量30～50次全振動的時間。計算出完成一次全振動的時間，即為單擺的振動周期T。3．改變擺長重測周期改變單擺的擺長，重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次，測出相應(yīng)的擺長l和周期T。四、數(shù)據(jù)處理平均值法實(shí)驗(yàn)次數(shù)123擺長l（m）周期T（s）加速度g（m/s2）加速度g平均值每改變一次擺長，將相應(yīng)的l和T代入公式中求出g值，最后利用求出g的平均值。設(shè)計如右表格記錄數(shù)據(jù)：思考討論：長沙地區(qū)的重力加速度：9.7915m/s2和我們實(shí)驗(yàn)測量出來的加速度有所差別，這種誤差主要來源于哪里呢？五、誤差分析系統(tǒng)誤差：主要來自于單擺模型本身是否符合要求，即懸點(diǎn)是否固定，擺球和擺長是否符合要求，最大擺角是否不超過5°，是否在同一豎直平面內(nèi)擺動等。偶然誤差：（1）主要來自于時間測量，測量時間時要求從擺球通過平衡位置開始計時，在記次數(shù)時不能漏記或多記。同時應(yīng)多次測量，再對多次測量結(jié)果求平均值。（2）測長度和擺球直徑時，讀數(shù)也容易產(chǎn)生誤差。注意事項：1.選擇細(xì)線時應(yīng)選擇細(xì)、輕而且不易伸長，長度約1米左右的細(xì)線，小球應(yīng)選密度較大、半徑較小的金屬球。2.單擺擺線的上端應(yīng)夾緊，不能卷在鐵夾的桿上，以免造成懸點(diǎn)不固定，擺長變化的現(xiàn)象。3.測量擺長時應(yīng)注意是懸點(diǎn)到球心的距離，等于擺線長加上小球半徑。注意擺線長與擺長的區(qū)別。4.要使單擺在豎直平面內(nèi)擺動，不要形成圓錐擺?！?。6.計算單擺的振動次數(shù)時，應(yīng)從小球通過最低位置時開始計時，同方向再次通過最低位置時，計數(shù)為1、2……7.改變懸線長度多次測量，最后求出g的平均值。反思改進(jìn)在用單擺測量重力加速度時，若所用的擺球質(zhì)量分布不均勻，不能用擺線長加球半徑得到單擺的擺長。我們采用如下方法解決這個問題：八、總結(jié)（以思維導(dǎo)圖的方式）九、作業(yè)1、利用我們實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)作一個L—T2或者T2—L圖像求解出長沙的重力加速度（