“用單擺測(cè)定重力加速度”教學(xué)設(shè)計(jì)

摘要:本文根據(jù)新課程的理念給出了\"用單擺測(cè)定重力加速度\"這樣一個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)，該教學(xué)設(shè)計(jì)讓學(xué)生在重力加速度的測(cè)定方面經(jīng)歷一次探究過程，以便落實(shí)新課程的三維目標(biāo)。

關(guān)鍵詞:單擺;重力加速度;教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-6148(2010)1(S)-0074-3

1 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

物理課程標(biāo)準(zhǔn)總目標(biāo)中對(duì)學(xué)生在科學(xué)探究方面提出了要求:學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，發(fā)展自主學(xué)習(xí)能力，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，能運(yùn)用物理知識(shí)和科學(xué)探究方法解決一些問題。

在物理課程標(biāo)準(zhǔn)中，測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn)只要求“用單擺測(cè)重力加速度”。但實(shí)際上涉及重力加速度的物理模型和物理規(guī)律很多，本節(jié)課要求學(xué)生在測(cè)定重力加速度的探究過程中，學(xué)會(huì)分析和鑒別方案，并根據(jù)所選方案進(jìn)行探究。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)與技能

(1)復(fù)習(xí)與重力加速度有關(guān)的知識(shí)，加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解。

(2)能對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行分析與鑒別，并能根據(jù)所設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行規(guī)范操作。

2.2 過程與方法

讓學(xué)生能夠根據(jù)問題的要求和相關(guān)條件，構(gòu)造有關(guān)的實(shí)驗(yàn)情景，優(yōu)選實(shí)驗(yàn)原理和方案，確定解決問題的實(shí)驗(yàn)程序，得出準(zhǔn)確合理的結(jié)論。

2.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀

(1)通過探究和設(shè)計(jì)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神以及實(shí)事求是、精益求精、鍥而不舍的探索精神。

(2)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，使學(xué)生樂于探究自然界奧秘。

3 教學(xué)重點(diǎn)

(1)探究思想、探究過程、探究方法的滲透。

(2)測(cè)定地球表面附近重力加速度方案的獲得過程。

(3)會(huì)用單擺精確的測(cè)定重力加速度。

4 教學(xué)難點(diǎn)

(1)將學(xué)生的學(xué)習(xí)方式由被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的探究。

(2)用單擺測(cè)定重力加速度方案的設(shè)計(jì)。

5 學(xué)生情況分析

(1)本校學(xué)生為市重點(diǎn)中學(xué)的學(xué)生，學(xué)生素質(zhì)較高，基礎(chǔ)較好，理解能力較強(qiáng)，也勤于動(dòng)腦，思路開闊。但多數(shù)學(xué)生來自于農(nóng)村，不太善于表達(dá)和發(fā)言。

(2)在此之前涉及重力加速度的物理規(guī)律的教學(xué)內(nèi)容很多，學(xué)生對(duì)這些知識(shí)的掌握基本達(dá)標(biāo)。

6 儀器準(zhǔn)備

鐵架臺(tái)，中心有小孔的金屬小球，長(zhǎng)約1m的細(xì)線，刻度尺，游標(biāo)卡尺，秒表。

7 教學(xué)過程

7.1 提出問題

在許多物理規(guī)律中，我們都要用到一個(gè)物理量:重力加速度g。我們通常把這個(gè)物理量看作已知量:g=9.8m/s2。這個(gè)物理量的大小我們又是怎么得來的呢?今天我們就來測(cè)一下我們學(xué)校所在位置的重力加速度。

設(shè)計(jì)意圖 進(jìn)入良好教學(xué)狀態(tài)。

7.2 選擇實(shí)驗(yàn)方案

(1)讓學(xué)生思考涉及到重力加速度的物理規(guī)律和物理模型

①教師提出問題。

要測(cè)定地球表面附近的重力加速度，我們回顧一下所學(xué)的知識(shí)，有哪些內(nèi)容涉及到重力加速度，它與其他物理量有何定量關(guān)系，并一一羅列出來。

②教師巡視，傾聽，鼓勵(lì)并給予補(bǔ)充。

學(xué)生思考、討論，并把結(jié)果寫在草稿紙上。

設(shè)計(jì)意圖 給予學(xué)生思考和討論空間。

(2) 考慮測(cè)定重力加速度的方案的可行性并選擇方案

選擇方案的原則:

①簡(jiǎn)易性原則;

②安全性原則;

③低成本性原則;

④科學(xué)性原則。

組織學(xué)生總結(jié)分析涉及到重力加速度的物理規(guī)律，并把方案羅列在黑板上。

方案一:在靜力學(xué)中，靜止物體對(duì)豎直懸掛繩的拉力或?qū)λ街С治锏膲毫Υ笮〉扔谥亓Υ笮。碩=mg(或N=mg)，若T(或N)和m能測(cè)定，則重力加速度g可測(cè)定。

分析 現(xiàn)在常用的測(cè)力計(jì)誤差較大。

方案二:在運(yùn)動(dòng)學(xué)中，物體從光滑斜面上由靜止下滑，s=gt2sinθ2，若s、θ、t可測(cè)定，則也可測(cè)定重力加速度g。

分析 在實(shí)驗(yàn)過程中，θ、t不易測(cè)定且難以保證斜面足夠光滑。

方案三:當(dāng)物體在豎直方向做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，由牛頓第二定律，F(xiàn)-mg=±m(xù)a，若F、a和m可測(cè)出，則重力加速度g可測(cè)定。

分析 F、a均不易測(cè)定。

方案四:在自由落體運(yùn)動(dòng)中，Δh=gT2，若Δh、T能測(cè)定，則重力加速度g可測(cè)定。

分析 操作雖然簡(jiǎn)單，但是有摩擦和空氣阻力的影響，誤差也較大。

方案五:單擺做簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，其周期為T=2πLg，若T，L可測(cè)，則重力加速度g便可測(cè)定。

分析 操作簡(jiǎn)便、較精確。

方案六:假設(shè)一物體在地球表面附近繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，由mg=GMmR2，得g=GMR2。

分析 只是一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)，只可以用于估算。

設(shè)計(jì)意圖 調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，尊重學(xué)生自己的判斷和意見，引導(dǎo)學(xué)生探索解決問題的途徑。將學(xué)生設(shè)計(jì)的方案展示給本班同學(xué)，以引發(fā)同學(xué)們積極思考，并培養(yǎng)表達(dá)交流能力。

7.3 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并收集數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)方案選定之后，考慮該方案需要哪些儀器。被測(cè)量與哪些物理量有直接的定量關(guān)系，這些物理量分別需要什么儀器來測(cè)定，從而確定整個(gè)實(shí)驗(yàn)需要哪些器材。需要的器材:鐵架臺(tái)、細(xì)線和擺球等(用來組裝單擺)。秒表、米尺、游標(biāo)卡尺(分別測(cè)n次全振動(dòng)的時(shí)間t，擺線長(zhǎng)度L和擺球直徑d)。測(cè)量式:g=4π2n2(L+d2)t2。

設(shè)計(jì)意圖 鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步思考，從精確性原則選擇測(cè)量?jī)x器。

巡視和指導(dǎo)，對(duì)學(xué)生發(fā)問:

①組裝單擺要注意什么?

②為什么先組裝單擺，再量擺長(zhǎng)?

③擺長(zhǎng)怎么測(cè)?

④單擺的運(yùn)動(dòng)有什么要求?

⑤計(jì)時(shí)要注意哪些問題?

⑥秒表的使用要注意哪些問題?

學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn):

①做單擺:取約1米長(zhǎng)的線繩穿過帶孔的小鋼球，并打一個(gè)比小孔大一些的結(jié)，然后拴在桌邊的支架上。

②用米尺量出擺線長(zhǎng)L，準(zhǔn)確到毫米，用游標(biāo)卡尺測(cè)擺球直徑d。

③把單擺從平衡位置拉開一個(gè)角度(θ<10°)放開它，使之在同一豎直平面內(nèi)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，用秒表測(cè)量單擺完成n次(30～50次)全振動(dòng)所用的時(shí)間t。

④把測(cè)得的物理量的數(shù)值代入測(cè)量式，求出重力加速度g的值。

⑤變更擺長(zhǎng)，重復(fù)做幾次實(shí)驗(yàn)，最后求出重力加速度g的平均值。

設(shè)計(jì)意圖 要求學(xué)生操作規(guī)范、精確。

7.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析

引導(dǎo)學(xué)生分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法有哪些，這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以用哪些方法處理?怎么處理?哪種方法好些?學(xué)生小組分任務(wù)動(dòng)手處理。

①平均值法。

②圖象法。

設(shè)計(jì)意圖 鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步思考，想想結(jié)果處理可不可以另辟蹊徑。

7.5 學(xué)生自我評(píng)價(jià)收獲

讓學(xué)生進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，這節(jié)課學(xué)到了什么?最大的收獲是什么?學(xué)生表述后，讓其他同學(xué)評(píng)議，并要求每個(gè)學(xué)生課后以書面形式反饋給老師，由老師給予合理的評(píng)價(jià)。

設(shè)計(jì)意圖 這節(jié)課的評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)主體的多元化，而且注意實(shí)施發(fā)展性評(píng)價(jià)。教師既要關(guān)注學(xué)習(xí)結(jié)果，也要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。

7.6 課后思考

若實(shí)驗(yàn)器材中給出的不是均勻擺球，是一塊形狀不規(guī)則的石塊，或擺長(zhǎng)很長(zhǎng)，導(dǎo)致擺長(zhǎng)無法測(cè)量，能測(cè)出重力加速度嗎?讓學(xué)生課后討論。

設(shè)計(jì)意圖 拓展學(xué)生的思維能力。

8 教學(xué)反思

(1)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有“四個(gè)注重”:一是注重理論知識(shí)的靈活應(yīng)用，二是注重物理模型的合理構(gòu)建，三是注重實(shí)驗(yàn)過程的因子控制，四是注重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)處理。課堂教學(xué)以學(xué)生為本，把實(shí)施過程具體化、步驟化，只有體驗(yàn)這個(gè)過程，才能不斷提高學(xué)生的能力。

(2)在教學(xué)過程中，學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，探究出了許多可行且值得推廣的方案，學(xué)生也從中享受到了學(xué)習(xí)的快樂。

(欄目編輯張正嚴(yán))