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选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦“用单摆测量重力加速度”，课堂导入通过“广东人瑞士摆钟回家计时不准”的生活情境，联系单摆周期公式，引导学生思考测量g需测的物理量，搭建“问题呈现—方案设计”的探究支架，衔接已有单摆周期公式知识。 特色在于以核心素养为统领，科学探究贯穿全程（如实验装置设计中摆线摆球选择、悬点固定方式讨论），科学思维突出（数据处理用平均值法表格及误差分析），结合智慧课堂云互动实时跟踪任务，光电门传感器辅助测量；分层作业兼顾基础与拓展。助力学生形成严谨实验态度，提升教师教学针对性，有效落实实验教学核心素养目标。

第二单元第8课时 1、 教学内容 《实验：用单摆测量重力加速度》 2、 教材分析 用单摆测量重力加速度是高中阶段精度比较高的实验。教材按照实验设计及操作的一般步 骤， 先介绍实验思路， 依据周期公式让学生“想一想， 要根据上式测量重力加速度， 需要测量 哪些物理量？应该如何设计实验装置、选择实验器材？怎样才能减小实验误差？ ”在学生思考 和讨论的基础上， 进而描述实验装置和物理量的测量方法， 提出常用的数据分析方法。为了保 证实验的精度， 本节教材对减小实验误差非常重视， 在实验装置设计上引导学生思考如何减小 实验误差；在" 思考与讨论" 中要求学生讨论如何选择摆线、摆球，以及摆线的悬挂方式；在摆 长、周期的测量环节， 分别提供两种测量方式进行对比， 引导学生讨论后根据测量需要进行选择;在数据分析时引导学生采用图像法减小实验误差。 3、 学情分析 从知识结构上看，学生已经具有单摆周期公式以及数据处理的相关知识；同时，经过多年 的实验教学， 学生已经具备一定动手操作能力。本节课课堂教学应该让学生充分探究的核心要 素：问题呈现—提出方案— 实验操作—数据处理—误差分析— 实验优化，促进学生思维的发展 和素养的形成。 4、 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、实事求是的科学态度，以及为祖国做贡献的社会责任。 5、 教学重难点 教学重点：实验方案的设计，单摆摆长和周期的测量及实验误差分析。 教学难点：实验数据处理和误差分析。 6、 教学策略 智慧课堂“云互动 ”：基于智慧课堂全程跟踪任务活动，以学生为中心，适时推送学习任 务， 对学生已有知识、课堂大数据、反思研讨过程、感悟心得体会等在线互动交流， 发布个性 化的批注讲解，确保任务活动的针对性。 七、教学资源 教具：教学白板、智慧课堂云平台（教师终端 1 台、学生终端若干台、班云服务器 1 台）、 课件。 学具：带孔小钢球一个、细线一条(约 1 m 长)、铁架台、米尺、秒表、游标卡尺（每组套），光电门传感器。 六、教学过程： 步骤 教学活动 设计意图 导入 曾经有个广东人到瑞士旅游，看到摆钟很漂亮，就买了一个回家，但是回到广东之后发现摆钟计时不准了，而在瑞士买的时候是很准的。后来就打电话投诉，但经过鉴定摆钟的质量是没有问题的。那问题出现在哪里？摆钟是走慢了还是走快了？如何进行校准呢？ 物体质量没有变化，由G=mg可知，重力加速度g在改变，它的变化规律就是随地球纬度的增加，g增大。那么，我们除了通过自由落体运动，还有哪些方法可以测量当地的重力加速度呢？ 活动1 一、实验思路 惠更斯在推导出单摆的周期公式后，用一个单摆测出了巴黎的重力加速度。我们也可以采用同样的办法，测量我们深圳市的重力加速度数值。 当摆角较小时，单摆做简谐运动，根据其周期公式可得 想一想，要根据上式测量重力加速度，需要测量哪些物理量？应该如何设计实验装置、选择实验器材？怎样才能减小实验误差？ 二、实验装置 单摆装置的制作 1．将细线的一端穿过小球的小孔，然后打一个比孔径稍大一些的结，把细线的另外一端固定在铁架台上面，制成一个单摆。 2．把线的上端用铁夹固定在铁架台上并把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自由下垂，在单摆平衡位置处放上一支笔作标记。 3．将小球拉起一个很小的摆角，由静止释放小球，该小球将做简谐运动，这便是一个单摆装置。 思考与讨论： 1. 线有粗细、长短的不同，伸缩性也有区别。不同的小球，质量和体积有差异。想一想，应如何选择摆线和摆球？为什么？细线上端的两种悬挂方式 2. 右图画出了细线上端的两种不同的悬挂方式。应该选用哪种方式？为什么？ 三、物理量的测量 测摆球的直径 1．测摆长 方法一： 用米尺量出从悬点到小球上端的悬线长l0， 再用游标卡尺测量出摆球的直径d， 则摆长l＝l0＋。 2．测周期 将单摆从平衡位置拉开一个小角度(摆角小于5°)，然后释放摆球让单摆在竖直平面内摆动。当单摆摆动稳定后，从小球某次通过平衡位置时开始计时，测量30～50次全振动的时间。计算出完成一次全振动的时间，即为单摆的振动周期T。 3．改变摆长重测周期 改变单摆的摆长，重复实验多次，测出相应的摆长l和周期T。 指向教学目标？ 指向教学目标？ 活动2 四、数据处理 平均值法 实验次数 1 2 3 摆长l（m） 周期T（s） 加速度g（m/s2） 加速度g平均值 每改变一次摆长，将相应的l和T代入公式中求出g值，最后利用求出g的平均值。设计如右表格记录数据： 思考讨论：长沙地区的重力加速度：9.7915m/s2和我们实验测量出来的加速度有所差别，这种误差主要来源于哪里呢？ 五、误差分析 系统误差：主要来自于单摆模型本身是否符合要求，即悬点是否固定，摆球和摆长是否符合要求，最大摆角是否不超过5°，是否在同一竖直平面内摆动等。 偶然误差：（1）主要来自于时间测量，测量时间时要求从摆球通过平衡位置开始计时，在记次数时不能漏记或多记。同时应多次测量，再对多次测量结果求平均值。（2）测长度和摆球直径时，读数也容易产生误差。 6、 注意事项： 1.选择细线时应选择细、轻而且不易伸长，长度约1米左右的细线，小球应选密度较大、半径较小的金属球。 2.单摆摆线的上端应夹紧，不能卷在铁夹的杆上，以免造成悬点不固定，摆长变化的现象。 3.测量摆长时应注意是悬点到球心的距离，等于摆线长加上小球半径。注意摆线长与摆长的区别。 4.要使单摆在竖直平面内摆动，不要形成圆锥摆。 5.要注意控制摆球的最大摆角不超过5°。 6.计算单摆的振动次数时，应从小球通过最低位置时开始计时，同方向再次通过最低位置时，计数为1、2…… 7.改变悬线长度多次测量，最后求出g的平均值。 7、 反思改进 在用单摆测量重力加速度时，若所用的摆球质量分布不均匀，不能用摆线长加球半径得到单摆的摆长。我们采用如下方法解决这个问题： ............ 课堂小结 个性化备课批注 七、板书设计 2.5 实验：用单摆测量重力加速度 一、实验原理： 二、物理量： 三、实验操作过程： 1、做一个单摆 2、测量摆长 3、测量周期 4、改变摆长测周期 八、作业设计（分层作业） 1、教材 P46 页“练习与应用”第 1 题和第 2 题 2、根据自己学习情况完成学历案的基础题、提高题、拓展题。 九、教学反思： “重力加速度”同学们在高一的力学部分已经有了一定的感性认识，积累了相关的物理观念和科学思维。本节课是在前置概念的基础之上，进一步深入探究如何测量出重力加速度，通过上一节课《单摆》中惠更斯确定的单摆周期公式，启发同学们利用运动和相互作用观念、科学探究等来设计实验方案开展测量实验。本节课侧重于引导学生发散思维，亲自动手开展探究实验，通过自主实验测量出本地重力加速度，学生在经历科学探究的过程中，培养科学态度与责任，体验成功的喜悦。 学科网（北京）股份有限公司 $