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

中小学教育资源及组卷应用平台 2.5实验：用单摆测量重力加速度教学设计 一、核心素养目标 物理观念：理解单摆的理想化模型条件，明确单摆做简谐运动的前提（摆角小于5°）；掌握单摆的周期公式及其变形式，建立“通过周期和摆长测量重力加速度”的定量认知，深化对简谐运动规律的理解。 科学思维：经历“提出测量方案→推导测量公式→设计实验步骤→分析误差来源”的完整过程，培养逻辑推理能力；通过对实验数据的处理（平均值法、图像法），体会“化曲为直”的数据分析思想，提升运用数学工具解决物理问题的能力；在误差分析中，学会从仪器、操作、原理等角度全面思考问题，培养严谨的思维品质。 科学探究：自主完成单摆的组装、摆长的测量、周期的计时等实验操作，掌握毫米刻度尺、停表的规范使用方法；通过控制变量法探究单摆周期与摆长、摆球质量、摆角的关系，验证单摆周期公式的合理性；在小组合作中，设计实验改进方案（如减小计时误差的方法），培养实验创新与合作探究能力。 科学态度与社会责任：通过实验操作体会“实践是检验真理的唯一标准”，尊重实验数据，养成实事求是的科学态度；了解重力加速度的地域差异性及其在地质勘探、航空航天等领域的应用，认识物理实验的实用价值；在误差分析与实验改进中，培养精益求精的科学精神，增强运用物理知识解决实际问题的意识。 二、教学重难点 1.教学重点 单摆的理想化模型：明确单摆由“轻质不可伸长的细线”和“体积小、质量大的摆球”组成，理解摆角小于5°时单摆近似做简谐运动的原理。实验原理与公式推导：掌握单摆周期公式，能正确推导重力加速度的计算公式，明确实验测量的核心是摆长和周期。实验操作与数据处理：规范测量摆长（摆线长+摆球半径），掌握“累积法”测量单摆周期的技巧；能用平均值法和图像法（以为纵轴、为横轴绘制直线求斜率）处理数据并计算重力加速度。误差分析与实验改进：能识别主要误差来源（摆长测量误差、周期计时误差），并提出对应的改进措施（如多次测量、控制摆角、使用光电计时器）。 2.教学难点 单摆周期公式的理解与应用：难以区分单摆周期的影响因素（仅与摆长和重力加速度有关），易错误认为周期与摆球质量、摆角大小相关。摆长的准确测量：对“摆长是从悬点到摆球重心的距离”理解不清晰，测量时易忽略摆球半径或误测摆线长度。周期测量的误差控制：手动计时时难以精准捕捉摆球通过最低点的时刻，易出现“少计或多计周期数”的问题，不理解“累积法”减小计时误差的原理。图像法处理数据的逻辑：无法理解“以为横轴绘制图像”的原因，不会通过图像斜率计算重力加速度，难以将数学图像与物理公式建立关联。 三、教学环节设计 （一）情境导入：从“时间测量”到“重力测量” 历史情境引入：展示伽利略观察比萨斜塔吊灯摆动的图片，介绍历史故事：伽利略发现吊灯的摆动周期与摆长有关，与摆球质量无关，这一发现为后来的计时工具（单摆钟）奠定了基础。提问：“我们能否利用单摆的这一特性，反过来测量我们所在位置的重力加速度？” 生活疑问引导：“我们知道重力加速度约为9.8m/s ，但这个数值是如何精确测量的？为什么不同地区的值会有差异（如赤道与两极）？今天我们就通过‘用单摆测量重力加速度’的实验，亲手揭开这些问题的答案，同时掌握一种重要的物理实验方法。”通过历史故事与生活疑问的结合，激发学生的实验探究兴趣，明确实验目的。 （二）实验原理建构：从单摆模型到测量公式 1.单摆的理想化模型 展示实际单摆与理想化单摆的对比图：实际单摆由细线和小球组成，理想化单摆的条件是“细线轻质不可伸长、摆球体积小质量大（可视为质点）、摆动时空气阻力可忽略”。强调：只有满足这些条件，单摆的运动才近似为简谐运动 ... ...