2.5 实验：用单摆测量重力加速度 教学设计 -2025-2026学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

本文围绕《实验：用单摆测量重力加速度》展开，承接已学物理知识，为学生深入理解重力加速度测量奠基。通过问题串、实验操作等环节，培养学生物理观念、科学思维、科学探究及科学态度与责任等核心素养。 该教学设计亮点在于引导学生自主探究实验改进方法。从学生层面看，提升其分析解决问题能力；从教师层面，提供清晰授课流程；从课堂效果，有效突破实验操作与误差控制等教学难点。

教学设计 课题 《实验：用单摆测量重力加速度》 教学目标 物理观念 知道实验原理，会用运动与相互作用的观念来分析单摆的运动。 科学思维 用科学的方法对实验过程进行综合分析、推理论证，对实验数据的处理科学有效，会分析误差产生的原因。 科学探究 能够在实验过程中通过观察发现问题，并分析问题产生的原因，能够基于实验数据得出结论并进行交流反思。 科学态度与责任 在动手实验过程中，培养学生严谨认真的态度 教学重点： 如何利用单摆的周期公式测定重力加速度 教学难点： 1、实验过程的准确操作； 2、如何减小实验误差。 3、探究用T-L、T-L2、T2-L图像哪种可以求出重力加速度。 教学过程 【教学过程】 课前准备（同学们准备好课本、学习资料、实验器材） 导课：重力加速度g是个非常重要的物理量，我们有必要对她进行测量。我们根据已掌握的物理知识怎么获得g的数值？ 1. 静止悬挂法：G=m g（弹簧测力计） 2. 自由落体运动中：h=gt2/2  g=2 h/ t2   今天我们要应用刚刚学过的单摆知识来测量当地重力加速度。 进入新课：(问题串) 问题1：（单摆的周期公式是什么？（答案：T=） 问题2：由单摆周期公式推出重力加速度的表达式是什么？（学生推导） = 问题3：式子 =中要测量g需要测哪些物理量？（测摆长L，周期T） 问题4：如何制作一个单摆呢？ （可能的情况1：制作的单摆摆动幅度在短时间内变小，周期不好测） （可能的情况2：制作的单摆摆长很短时摆动太快周期不好测，摆长长一点周期大相对好测） （可能的情况3：制作的单摆摆长测量有难度，锁头或小球的重心不好找） （可能的情况4：单摆摆动的时候不在同一竖直平面内，做成了圆锥摆，测量的周期不是单摆的周期存在误差） （可能的情况5：） 问题5：怎么固定悬点？ （单摆悬线的上端不可随意卷在杆上，应紧夹在铁夹中，以免摆动时发生摆线下滑或悬点不固定，摆长改变的现象） 问题6：摆长怎么测量？ （摆长测量是从悬点到小球的长度，再加上小球的半径） 问题7：我们不能直接测量小球的半径，只能测量小球的直径，如何测量小球的直径？ （用游标卡尺直接卡小球进行读数，或用直角尺和直尺测直径） （单摆制作解决上述情况要点：绳子要选择伸缩性小又轻又细又长（一般选择1m左右）；小球要选择又重又小（一般选择直径最好不超过2cm体积小密度大的小球），且摆角很小时才能看成是简谐运动，一般小于5°，高中实验可以到达10°） 问题8：直接测量一次全振动的时间好不好？该如何减小误差？（存在误差，一般测量30到50个周期的时间求平均来获得周期的测量值） 问题9：测量n次全振动的时间从单摆摆动到最高点开始计时好还是从单摆摆动到最低点开始计时好？ （单摆摆动到最高点由于速度慢不好确定啥时候速度为0，不好确定最高点位置，相同距离在最高点运动用时比在最低点运动用时多，所以在最低点开始测量时间误差比最高点误差小，应该从最低点开始测量时间） 问题10：关于0计时0计次和0计时1计次的问题，不能混淆，同样计数为n次时间为t，那么周期的表达式是什么？ （分析：0计时0计次T=t/n，0计次1计时T=t/（n-1）） （开始实验） 实验过程（演示实验，学生实验）（可以一人做，也可以分组做） （测量记录数据） 序号 1 2 3 4 5 摆长L（m） 1.1065 1. 2120 1.3156 1.4150 1.5162. 30次t时间 63. 3 66.3 69.0 71.7 74.7 周期T（s） 2.11 2.21 2.30 2.39 2.47 周期T2 4.4521 4.8841 5.29 5.7121 6.1009 = 9.81 9.80 9.82 9.78 9.81 （数据处理）（学生探究，老师归纳总结） 问题11：如何用平均值求重力加速度？ （1）平均值法：g平均=（g1+g2+g3+g4+g5）/5=9.80m/s。 问题12：如何探究用图像法求重力加速度？ （2）图像法：画出T2-L的图像，求斜率k， g===*(1.5162-1.1065)/( 6.1009-4.4521)= 9.81 （误差来源）主要是摆长读数的误差，重心位置不好找、秒表计时的误差。 问题13：为了减小实验误差，探究能不能不测摆长就能求出重力加速度呢？ （改进实验）（师生共同探究） （比如：先用夹子夹好拴着锁头的细线（重心没办法找，但容易制作单摆），选择合适的摆长，摆动测量n个周期的时间t1，再减小或增加摆长∆L再测出n个周期的时间t2，这样测出两个不同摆长的单摆对应的两个周期，由|L1-L2|=∆L，得到关于g的方程,式中只需要测量出∆L、 t1、t2、 n就可以计算出g，从而测量出g，这样可以不用管摆球的重心，不需要测量半径） =， =， 得g= 巩固练习（学生自己做，还可以讨论找办法） 1.某同学在实验探究a、b两个物理量之间的定量关系时，测得了6组实验数据如右表所示，它们的单位为P、Q。请用图像(图2.5-4)处理实验数据，寻找它们之间的定量关系，根据图像推出a、b之间关系的表达式，如果有常数，写出常数的数值和单位。 老师引导： 1， 分析数据，找规律 2， 联系周期公式T=根据本节实验摆长的取值的变化范围，可以确定a代表摆长，那么b代表周期 3， 然后确定横纵坐标所代表的物理量（T2-L）描点作图，求斜率k，得结果 （学生自己思考，总结，得出结论==） 课堂总结： 我们这节课完成了实验：用单摆测重力加速度，知道了实验的目的，实验原理掌握了实验方法，以及注意事项，得到了实验结果。 布置课后作业 先设计一个针对课堂内容的简单选择题，再加深难度设计一道综合性的实验题。 然后是课后实践活动，查询所在地区的重力加速度值，并与测量的值进行比较，如果有差异，想想可能是什么原因造成的。最后写好实验报告， 学科网（北京）股份有限公司 $$