單擺周期公式物理教案

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高級中學課本《物理》（必修）第五章第三節“單擺”一節的教學中，大綱對周期公式的教學要求是：知道單擺的周期公式，并能用它進行有關的計算。教材是在通過定性演示、證明單擺的周期（在擺角很小）跟振幅和擺球質量無關而只跟擺長有關的基礎上給出單擺的周期公式，若再配以一定量的典型習題，讓學生反復演練、熟悉，上述要求不難達到。但是，從學生掌握獲取知識的方法及培養學生創造性思維的角度來看，這樣的教學存在嚴重的缺陷。為使學生體會物理實驗對物理學科發展的意義，重復物理學家艱辛的探索過程，領悟物理學的研究方法。在建立了“單擺”的理想化模型及明確小角度下單擺的振動規律之后，對單擺振動周期的研究，改演示實驗為探索性學生實驗，采用以探索為中心的啟發式綜合教學法，進行了如下教學設計。

【準備、猜想階段】

1．首先指導學生掛好“單擺”，啟發引導學生明確：（l）實驗必須保證擺角小于5°；（2）要掛好之后測擺長，擺長指懸點到球心之間的距離；（3）為減少測量周期的誤差，用累積法測單擺的周期且從擺過平衡位置開始計時；（4）不能讓“單擺”作錐擺運動。

2．指導學生讓單擺振動起來，引導學生觀察、討論、分析，讓學生大膽猜測決定單擺振動周期的因素，在老師的啟發提問下，總結猜想結果，影響單擺振動周期的因素為：振幅、擺球質量、擺長、重力加速度以及空氣阻力。明確告訴學生，由于單擺在小角度下振動，空氣阻力較小，可以忽略，從而說明，本節課的實驗目的是研究單擺的振動周期與振幅、擺球質量、擺長及重力加速度的關系。

【探索、發現階段】

1．怎樣研究它們之間的關系呢？啟發同學回憶研究加速度與物體質量及外力關系的方法，明確實驗方法為控制變量法，即控制其他各量不變，研究周期與其中某量關系的方法，從而總結本實驗有四個小實驗：（l）研究周期與振幅的關系；（2）研究周期與擺球質量的關系：（3）研究周期與擺長的關系；（4）研究周期與重力加速度的關系。

2．為使學生順利完成探索實驗，可以發放探索實驗提綱，并要求學生設計好紀錄表格。

（l）研究單擺振動周期與振幅的關系：讓單擺擺動，測出周期；再改變單擺的擺角（振幅），重測周期，比較它們是否相等。用兩個完全相同的單擺，固定在鐵架臺上使它們同時開始做不同擺角的振動，觀察它們的周期是否相同。

（2）研究單擺振動周期與擺球質量的關系：讓單擺振動，測出周期；再改變擺球質量，測出周期，比較它們是否相等。讓兩個擺長相同、擺球質量不同的擺，保證它們的擺角和相同同時擺動，觀察比較它們的周期。

（3）研究振動周期與擺長的關系：讓單擺振動，測出周期：改變擺長，重測幾次，比較它們的周期是否相等。

（4）研究單擺周期與重力加速度的關系：讓單擺振動（擺球選鐵球），測出周期；再在懸點正下方放一強磁鐵（鐵球下放磁鐵相當于重力加速度變大），讓擺球擺動，測出周期，比較它們是否相等。

3．在學生探索實驗的基礎上，引導學生分析、討論決定單擺振動周期的因素，并得出實驗結論，最后給出單擺的周期公式。

【發展、應用階段】

在探索、發現的基礎上，下一節學生實驗“用單擺測重力加速度”改為設計性學生實驗。學生根據老師提供的器材，按照實驗要求，合理選擇器材，自己設計實驗方案、測量的主要步驟及需要測量的物理量。

題：用實驗室提供的下列器材：不同材料的擺球，長100cm至120cm的擺線若干，帶鐵夾的鐵夾臺，秒表，米尺，游標卡尺，量角器，測量本地區的重力加速度。

（l）簡要說明實驗方案的設計思路；

（2）簡要說明測量的主要步驟與需要測量的物理量；

（3）用已知量和測得量表示重力加速度的計算式；

（4）通過測得量計算重力加速度的平均值。引伸1：用作圖法計算重力加速度：根據，作圖線，求出直線的斜率K，則重力加速度為

引伸2：若實驗室提供的擺球是不規則的，你怎樣測量。

可以假設質心處的半徑為r，取不同的懸線長，，，，兩式綜合得：。

通過這樣的教學發現，采用以上方法進行教學，有利于學生積極思考，發揮學生的主體作用；有利于發展學生智力，培養能力；可克服傳統演示實驗的弊病，使學生獲得發現知識的實驗基礎，享受科學實驗的成果，進而鼓勵同學立志去努力發現，探索物質運動的奧秘。

教學后記