2017年高考一轮 13.5《实探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度》课件

2017年高考一轮 13.5《实探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度》课件内容摘要：

1、课标版 物理 第 5讲 实验 ： 探究单摆的运动 用单摆测定重力加速度 实验目的 实验原理 单摆在偏角小于 5时 ,其振动周期跟偏角的大小和摆球的质量无关 ,单摆的 周期公式是 T=2 ,由此得 g= ,因此测出单摆的摆长 ,就 可以求出当地的重力加速度 实验器材 带孔小钢球一个、细丝线一条 (长约 1 m)、毫米刻度尺一把、停表、游标 卡尺、带铁夹的铁架台。 材研读 实验步骤 取约 1 并打一个比小孔大一些的结 ,然后 把线的另一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 ,让摆球自然下垂。 用米尺量出摆线长 确到毫米 ),用游标卡尺测出小球直径 D,则单摆的摆 2、 长 l=。 2小于 5 ),然后释放小球 ,记下单摆做 30次 50次全振动的总时间 ,算出平均一次全振动的时间 ,即为单摆的振动周期。 反复测量三次 ,再算出测得周期数值的平均值。 重做几次实验。 数据处理 将测得的几次的周期 g= 中算出重力加速度 再 算出 即为当地的重力加速度的值。 224 单摆的周期公式 T=2 可得 l= 此以摆长 以 出 是一条过原点的直线 ,如图所示 ,求出斜率 k,即可求出 = k,k= =。 注意事项 且不易伸长的线 ,长度一般在 1 小 球应选用密度较大的金属球 ,直径应较小 ,最好不超过 2 24g2l 2l应夹紧在铁夹中 ,以免摆动时发生 摆线下 3、滑、摆长改变的情况。 ,可通过估算振幅的 办法掌握 (如 :摆长 1 m,振幅约 8 要使之保持在同一个竖直平面内 ,不要形成圆锥摆。 应从摆球通过最低位置时开始计时 ,为便于计 时 ,可在摆球平衡位置的正下方做一标记。 以后摆球每次从同一方向通过 最低位置时进行计数 ,且在数“零”的同时按下停表 ,开始计时计数。 误差分析 主要来源于单摆模型本身是否符合要求。 即 :悬点是否固定 ,球、线是否符 合要求 ,摆动是圆锥摆还是在同一竖直平面内的摆动等。 只要注意了上面 这些问题 ,就可以使系统误差减小到远小于偶然误差而达到忽略不计的程 度。 主要来自时间 (即单摆周期 )的测量上。 因此 ,要注意测准时 4、间 (周期 )。 要从 摆球通过平衡位置开始计时 ,并采用倒数计时计数的方法 ,即 4,3,2,1,0,1,2, 在数“ 0”的同时按下停表开始计时计数。 不能多计或漏计振动次数。 为了减小偶然误差 ,应进行多次测量后取平均值。 考点一 实验原理与操作 典例 1 某同学想在家里做“用单摆测定重力加速度”的实验 ,但没有合 适的摆球 ,他找到了一块大小为 3 形不规则的大理石代替小球 , 如图所示。 他设计的实验步骤是 结点为 M,将线的上端固定于 作为摆长 ; 0的角度 ,然后由静止释放 ; 考点突破 测出 50次全振动的总时间 t,由 T=t/50得出 周期 ; 记下相应的 ; 和 代入公式 g 5、= ,求出重力加速度 g。 (1)你认为该同学以上实验步骤中有重大错误的是。 为什么 ? (2)该同学用 这样做引起的系统误差将使重力加速度的 测量值比真实值偏大还是偏小 ?。 你认为用什么方法可以解决摆长 无法准确测量的困难 ? 答案 见解析 224 L 解析 (1)B(摆长是从悬点到大理石的重心的长度 )、 C(摆角太大 ,不能看 做简谐运动 )、 D(从石块摆到最低点时开始计时 )、 F(必须先分别求出各组 值对应的 g,再取所求得的各个。 (2)此种操作将使测量值偏小。 设两次实验中摆线长分别为 应的 周期分别为 块重心到 x,由 和 ,可解得 g=。 1 1222124 ( )1 6、(多选 )在做“用单摆测定重力加速度”的实验中 ,有人提出以下几点 建议。 其中对提高测量结果精确度有利的是 ( ) 积不同的摆球 ,应选用体积较大的 经过一次全振动后停止计时 ,用此时间 间隔作为单摆振动的周期 答案 球应选择质量大、体积小的小球。 测周期时应测出单摆 完成 3050次全振动所用时间 ,再求周期。 故 B、 1同学做“探究单摆的周期与摆长的关系”的实验时 ,测得的重力加 速度数值明显大于当地的重力加速度的实际值。 造成这一情况的可能原 因是 ( ) 把悬挂状态的摆线长当成摆长 当摆球通过平衡位置时按下停表开始计时计数 ,此后摆球第 30次通过平衡位置时制动秒表 ,读出经历的时间为 t 7、,并由计算式 T= 求得 周期 答案 B 由 T=2 得 g= ,造成 或是 小 ,因此 对。 振幅小和摆球质量过大对实验结果没有影响。 30点二 数据处理和误差分析 典例 2 2015北京理综 ,21(2)用单摆测定重力加速度的实验装置如图 2所 示。 图 2 组装单摆时 ,应在下列器材中选用 (选填选项前的字母 )。 0 .8 .8 测出悬点 摆长 )t,则重力加速度 g= (用 L、 n、。 下表是某同学记录的 3组实验数据 ,并做了部分计算处理。 组次 1 2 3 摆长 L/0次全振动时间 t/s 动周期 T/s 重力加速度 g/(m 请计算出第 3组实验中的 T= s,g= m/ 用 8、多组实验数据作出 也可以求出重力加速度 g。 已知三位同学 作出的 中的 a、 b、 其中 a和 b和 原点 ,图线 相对于图线 b,下列 分析正确的是 (选填选项前的字母 )。 图 3 9次全振动记为 50次 某同学在家里测重力加速度。 他找到细线和铁锁 ,制成一个单摆 ,如图 4 所示。 由于家里只有一根量程为 30 于是他在细线上的 了一个标记 ,使得悬点 点间的细线长度小于刻度尺量程。 保持该标记 以下的细线长度不变 ,通过改变 O、 验中 , 当 O、 测得相应单摆的周期为 此 可得重力加速度 g= (用。 图 4 答案 B 解析 用单摆测定重力加速度的实验中 ,要求小球可看成质点 ,因此 9、摆 线长度要远大于球的直径 ,故选用长度为 1 为减小空气阻力 的影响 ,摆球应选用质量大体积小的 ,故选用铁球 ,选项 A、 由单摆周期公式 T=2 及 T= 可知 g= = 由 T= 可知 s=s g= = m/m/224 2 1222124 ( )224 t2 2 224 0 100. 00 10( 100. 5 ) 由 T=2 可得 L,图线 b 平行 ,且在 图线 小于图线 ,因此出现图线 因可能是误将悬点到小球上端的距离记为摆长 L,选项 图线 于图线 由 L及 g= 可知图线 b 对应的 设标记以下的细线长度为 有 = (l0+= (l0+联立得 g= 4g 2224 24222 10、22124 ( )2做“用单摆测定重力加速度”的实验时 ,用摆长 计算重力 加速度的公式是 g=。 (1)如果已知摆球直径为 刻度尺的零点对准摆线的悬点 ,摆线竖 直下垂 ,如图甲所示 ,那么单摆摆长是 m,如果测定了 40次全振动的时 间如图乙中停表所示 ,那么停表读数是 s。 单摆的振动周期是 s。 224 2)(多选 )如果测得的 可能的原因是 (填写代号 )。 忘记了摆球的半径 摆动中出现松动 ,使摆线长度增加了 停表过早按下 9次全振动次数记为 40次 (3)某同学在实验中 ,测量 6种不同摆长情况下单摆的振动周期 ,记录表格如 下 : l/m 、 作出 并利用此图线求重力加速 度 g。 答案 (1) (2) (3)图见解析 m/析 (1)刻度尺的零点对准摆线的悬点 ,故单摆。