2024-2025學(xué)年高中物理第一章機(jī)械振動(dòng)5學(xué)生實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)定重力加速度教案1教科版選修3-4

PAGE6-單擺關(guān)鍵詞：探究式試驗(yàn)教學(xué)物理學(xué)是一門以試驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，在中學(xué)的各門基礎(chǔ)課程中，物理課在提高學(xué)生的核心素養(yǎng)方面起著無可替代的作用。試驗(yàn)教學(xué)在物理教學(xué)中有著重要地位，通過試驗(yàn)，不僅能提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的愛好，培育了他們的實(shí)踐實(shí)力、分析實(shí)力，更重要的是可以形成他們實(shí)事求是的世界觀。一．發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)：1.通過創(chuàng)設(shè)學(xué)生感愛好的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及其圖象，振幅、周期、頻率、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量等概念和規(guī)律分析單擺模型，學(xué)會(huì)用守恒定律解決問題的方法。2.作為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例，學(xué)習(xí)單擺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、受力狀況和圖象特點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)單擺內(nèi)容的理解、深化。3．會(huì)做“用單擺測(cè)量重力加速度的大小”的試驗(yàn)，能恰當(dāng)選用基本的試驗(yàn)器材進(jìn)行試驗(yàn)，會(huì)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，能對(duì)試驗(yàn)器材進(jìn)行規(guī)范操作，獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)。能通過不同方式分析數(shù)據(jù)，獲得結(jié)論，并嘗試作出說明。能用科學(xué)的語言撰寫試驗(yàn)報(bào)告。二．教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn):1.理解單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的受力條件，并體會(huì)物理學(xué)中常用的近似的方法。2.通過試驗(yàn)視察、設(shè)疑、釋疑的方式引入單擺周期公式，培育學(xué)生探求和分析新問題的實(shí)力并加深對(duì)公式的物理意義的理解。三．教學(xué)方法試驗(yàn)視察法、分析歸納法、講練法四．教學(xué)過程：【前置學(xué)習(xí)】簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)可以依據(jù)其運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和力的特征來定義。那么依據(jù)其運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的定義是什么？依據(jù)其力的特征的定義是什么？【新知探究】（一）什么是單擺？閱讀課本第14頁第1、2段，思索：什么是單擺？1.⑴細(xì)致視察右圖所示三個(gè)擺，推斷它們是不是單擺，為什么？（提示：從細(xì)線質(zhì)量、長(zhǎng)度、擺球所受空氣阻力幾方面考慮。）⑵單擺由什么構(gòu)成？其“志向化”體現(xiàn)在哪里?2.單擺搖擺時(shí)擺球在做振動(dòng)，它是不是在做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)結(jié)合前置學(xué)習(xí)第1題提出你的驗(yàn)證方法？3.視察課本第15頁的演示試驗(yàn)，畫出的振動(dòng)圖像是怎樣的曲線？（可以演示）(提示：依據(jù)X-t圖像推斷有肯定難度，因?yàn)槲覀儫o法直觀地推斷曲線的種類。)（二）單擺的回復(fù)力閱讀課本第15頁單擺的回復(fù)力部分，完成下列問題。1.擺球在AA'間運(yùn)動(dòng)時(shí)，是什么力使它總能回到O點(diǎn)?其大小是多少？2.在偏角θ很小時(shí)，若設(shè)單擺的回復(fù)力為F，擺長(zhǎng)為l，擺球?qū)點(diǎn)的位移為,則F與的關(guān)系是怎樣的？3.單擺的振動(dòng)可看作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件是什么？跟蹤訓(xùn)練1下列關(guān)于單擺的說法正確的是（）A.單擺作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，到達(dá)平衡位置時(shí)回復(fù)力為零.B.單擺的回復(fù)力是擺球重力沿細(xì)線方向的分力.C.只有在偏角很小時(shí)，單擺的振動(dòng)才可視為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).D.單擺作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，到達(dá)兩振動(dòng)端點(diǎn)時(shí)合力為零.（三）單擺的周期1.單擺的振動(dòng)可視為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，請(qǐng)你猜想它的周期可能與哪些因素有關(guān)？注：學(xué)生自由分析揣測(cè)，不設(shè)標(biāo)準(zhǔn)答案。2.你將怎樣探究周期與這些可能因素的關(guān)系？如何設(shè)計(jì)探討的試驗(yàn)方案？用到了什么試驗(yàn)方法？（分組探討后集中比較篩選，原則是簡(jiǎn)潔、易操作、現(xiàn)象明顯。）視察對(duì)比性演示試驗(yàn)并記錄結(jié)果：（同時(shí)通過視察演示，了解安裝單擺的方法和留意點(diǎn)。）在這一環(huán)節(jié)的教學(xué)中,以問題的形式環(huán)環(huán)相扣，按部就班，增加試驗(yàn)的趣味性、問題性、探究性和應(yīng)用性。讓學(xué)生真正成為試驗(yàn)活動(dòng)的主子,老師成為學(xué)生試驗(yàn)的組織者和合作者,而不是權(quán)威的講授者和示范者。對(duì)不同的學(xué)生和不同的試驗(yàn)環(huán)境,這些形式可以選擇,各有側(cè)重,又互不割斷。尤其體現(xiàn)在自主活動(dòng)。通過學(xué)生自覺地參加試驗(yàn)活動(dòng),探究性試驗(yàn)是在學(xué)習(xí)物理規(guī)律之前進(jìn)行的,目的是讓學(xué)生通過對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象的視察,分析、歸納、總結(jié)出物理規(guī)律,或依據(jù)提出問題、猜想假設(shè)、設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案、進(jìn)行試驗(yàn)與收集證據(jù)、分析論證、評(píng)估、溝通與合作的步驟探究物理規(guī)律,使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的過程,感悟物理規(guī)律的形成過程,駕馭探究自然規(guī)律的思想方法。活動(dòng)過程中特殊強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生試驗(yàn)的主動(dòng)性,老師的作用是對(duì)學(xué)生試驗(yàn)的困難供應(yīng)必要的指導(dǎo)和幫助。3.通過試驗(yàn)探究，你得出的結(jié)論是什么？思索：如何探究周期和重力加速度的關(guān)系？啟發(fā)與演示：雖然我們所在地理位置的重力加速度不能變更，但是我們可以為探討的單擺模擬出不同的重力速度環(huán)境。（1）模擬重力加速度為0的狀況演示試驗(yàn)：如圖，用手中的鐵夾夾住細(xì)線上端，下端懸掛的小球繞固定點(diǎn)做小角度搖擺。在擺球到達(dá)某一端點(diǎn)瞬間突然松手，整個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)一起下落，要求學(xué)生視察下落過程中小球的搖擺狀況。試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)分析：系統(tǒng)自由下落，系統(tǒng)內(nèi)一切物體均處于完全失重狀態(tài)，等效重力加速度為0。試驗(yàn)表明：（學(xué)生歸納）（2）模擬重力加速度增大的狀況演示試驗(yàn)：如圖，兩個(gè)相同的單擺相隔肯定距離做同振幅搖擺，搖擺過程中突然在其中一個(gè)擺球的正下方放置一塊強(qiáng)磁鐵，要求學(xué)生視察該擺球以后的搖擺快慢。試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)分析：重力加速度在數(shù)值上等于物體的重力大小和物體的質(zhì)量之比，忽視地球自轉(zhuǎn)影響，重力大小又等于地球?qū)ξ矬w的吸引力，那么，假如不變更物體的質(zhì)量，設(shè)法增大物體所受吸引力，就相當(dāng)于物體所在環(huán)境的重力加速度增大了。試驗(yàn)表明：（學(xué)生歸納）這一環(huán)節(jié)的教學(xué)中留意試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)是中學(xué)物理試驗(yàn)學(xué)習(xí)實(shí)力的較高要求,是對(duì)學(xué)生操作技能和思維品質(zhì)的綜合檢測(cè),是有效的試驗(yàn)學(xué)習(xí)方式之一。試驗(yàn)的設(shè)計(jì)要盡可能采納較少的儀器，所運(yùn)用的儀器要盡可能簡(jiǎn)潔，設(shè)計(jì)的選題要盡可能與日常生活實(shí)際相聯(lián)系，試驗(yàn)的原理要盡可能在中學(xué)物理范圍之內(nèi)。由老師給出試驗(yàn)課題、供應(yīng)試驗(yàn)器材、提出試驗(yàn)要求，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，并選取日常生活中的一些物品作試驗(yàn)器材，自制一些簡(jiǎn)潔的儀器或零件。就地取材，用簡(jiǎn)潔的器材做試驗(yàn)的方法還富于教化意義。因?yàn)檫@樣做能使學(xué)生感到物理就在自己身邊，探討物理并不神奇，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、主動(dòng)性，培育創(chuàng)建精神。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是情景新、方法活,具有開放性,要求學(xué)生對(duì)試驗(yàn)的原理有透徹的理解,對(duì)試驗(yàn)器材有所取舍和組合,能依據(jù)設(shè)計(jì)的要求和條件,進(jìn)行分析和推斷,制定試驗(yàn)的方案。4.閱讀第16頁試驗(yàn)，思索：怎樣探究周期與擺長(zhǎng)的定量關(guān)系？用什么儀器測(cè)量周期、擺線長(zhǎng)和小球直徑的大?。啃〗M探討，得出試驗(yàn)方案和所采納的器材，分組試驗(yàn)。試驗(yàn)記錄：擺球直徑d=m（為節(jié)約時(shí)間，可不同小組分工合作。）試驗(yàn)次數(shù)線長(zhǎng)(m)擺長(zhǎng)(m)30次全振動(dòng)時(shí)間(s)周期(s)12345數(shù)據(jù)處理：這一環(huán)節(jié)留意合作與溝通。合作與溝通是一種高效的學(xué)習(xí)方式。老師在試驗(yàn)教學(xué)過程采納小組合作的學(xué)習(xí)方式,讓學(xué)生在合作溝通中獲得學(xué)問,促進(jìn)理解,提高實(shí)力。同時(shí)強(qiáng)化學(xué)生試驗(yàn)探究實(shí)力的培育，探究性物理試驗(yàn)的設(shè)計(jì)不僅有視察、測(cè)量的過程，而且須要建立物理模型，對(duì)試驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果用依據(jù)物理模型得出的表達(dá)式進(jìn)行說明，從而培育學(xué)生運(yùn)用理論解決實(shí)際問題的實(shí)力。5.單擺簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)的周期公式荷蘭物理學(xué)家惠更斯探討了單擺的搖擺，定量得到：?jiǎn)螖[做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期T跟擺長(zhǎng)L的二次方根成正比，跟重力加速度g的二次方根成反比，跟振幅、擺球的質(zhì)量無關(guān)。跟蹤訓(xùn)練2下列關(guān)于單擺作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)周期的說法中正確的是（）A.單擺的振動(dòng)周期與擺球質(zhì)量無關(guān).B.振幅越大，單擺的振動(dòng)周期越大.C.在探究周期與擺長(zhǎng)的定量關(guān)系時(shí)，測(cè)量單擺周期所用的儀器是擺鐘.D.將一單擺由珠穆朗瑪峰的山腳移到山頂時(shí)，其振動(dòng)周期變長(zhǎng)了.【自我演練】1.下列關(guān)于單擺的說法正確的是()A.選擇擺球時(shí)，只要質(zhì)量大些即可，不必考慮體積大小.B.擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)，其合力豎直向下.C.單擺作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期與其振幅大小無關(guān).D.擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)其回復(fù)力為零.2.一個(gè)擺鐘從甲地拿到乙地，它的鐘擺搖擺加快了，則下列對(duì)此現(xiàn)象的分析及調(diào)準(zhǔn)方法的敘述中正確的是()A.ｇ甲＞ｇ乙，將擺長(zhǎng)適當(dāng)增長(zhǎng)B.ｇ甲＞ｇ乙，將擺長(zhǎng)適當(dāng)縮短C.ｇ甲＜ｇ乙，將擺長(zhǎng)適當(dāng)增長(zhǎng)D.ｇ甲＜ｇ乙，將擺長(zhǎng)適當(dāng)縮短【課后思索】用空心鐵球內(nèi)部裝滿水做擺球，若球正下方有一小孔，水不斷從孔中流出，從球內(nèi)裝滿水到水流完為止的過程中，其振動(dòng)周期的大小是()A.不變B.變大C.先變大后變小再回到原值D.先變小后變大再回到原值（提示：從重心的角度思索）教后反思：本節(jié)課留意學(xué)生的活動(dòng)，通過學(xué)生的自主探究獲得結(jié)論，充分體現(xiàn)出物理學(xué)科以試驗(yàn)為基礎(chǔ)的特點(diǎn)。教學(xué)過程中留意啟發(fā)式教學(xué)，細(xì)心設(shè)計(jì)思索題，加強(qiáng)師生間的互動(dòng)，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)主動(dòng)探究問題，激發(fā)學(xué)習(xí)愛好，進(jìn)而先支配學(xué)生設(shè)計(jì)試驗(yàn)，再集體比較篩選，最終學(xué)生分組試驗(yàn)探究，旨在通過探究試驗(yàn)學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法，逐步提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)實(shí)力，培育實(shí)踐實(shí)力和科學(xué)探究的精神。但是，由于教學(xué)過程中學(xué)生活動(dòng)量較多，操作起來有肯定的難度，時(shí)間的合理支配至關(guān)重要，以