创新方案2014年高考物理精品教学案与知能演练 实验13探究单摆的运动 用单摆测重力加速度

创新方案2014年高考物理精品教学案与知能演练 实验13探究单摆的运动 用单摆测重力加速度内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (1)了解单摆运动的特点。 (2)用单摆测定当地的重力加速度。 当单摆偏角很小时(5)，单摆的运动为简谐运动，根据单摆周期 T2 得，因此，只需测出摆长 l 和周期 T，便可测定 g。 42约 1 米的细线、铁架台(带铁夹) 、刻度尺、秒表、游标卡尺。 (1)做单摆：让细线的一端穿过小球的小孔，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，并把铁架台放实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂。 且在单摆平衡位置处作标记，如图实131 所示。 图实131(2)观察单摆运动的等时性。 (3)测摆长：用米尺量出摆线长 l，精确到毫米，用游标卡尺测出小球 2、的直径 d，也精确到毫米，则单摆长 ll。 )测周期：将单摆从平衡位置拉开一个角度( 小于 5)，然后释放小球，记下单摆做光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 50 次全振动的总时间，算出平均每次全振动的时间，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。 (5)改变摆长，重做几次实验。 (1)公式法：利用多次测得的单摆周期及对应摆长，借助公式 g 求出加速度 g，然42g 的平均值。 图实132(2)图象法：由公式 g ，分别测出一系列摆长 l 对应的周期 T，作出 lT 2 的图象，4232 所示，图象应是一条通过原点的直线，求出图线的斜率 k，即可求得 g 值。 g4 2k，k 3、。 )摆线要选 1 m 左右，不要过长或过短，太长测量不方便，太短摆动太快，不易计数。 (2)摆长要待悬挂好球后再测，不要先测再系小球，因为悬挂摆球后细线难免有伸长形变。 (3)计算摆长时要将悬线长加上摆球半径，不要漏掉加摆球半径。 (4)摆球要选体积小、密度大的，不要选体积大、密度小的，这样可以减小空气阻力的影响。 (5)摆角要小于等于 5(具体实验时可以小于等于 10)，因为摆角过大，单摆的振动不再是简谐运动，公式 T2 就不再适用。 )单摆要在竖直平面内摆动，不要使之成为圆锥摆。 (7)要从平衡位置计时，不要在摆球达到最高点时开始计时，因单摆经过平衡位置时速率最大，又有标志易于观察，计时准确。 而单摆 4、在最高点速率为零，在其附近速率甚小，光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ，引起的时间误差较大。 (8)要准确记好摆动次数，不要多记或少记次数。 (1)本实验的系统误差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，振动是圆锥摆还是在同一竖直平面内的振动等。 (2)本实验的偶然误差主要来自时间的测量，因此，要从摆球通过平衡位置时开始计时，不能多计或漏计振动次数。 实验原理与操作例 1(2012天津高考)某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素。 (1)他组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图实133 所示。 这样做的目的是 5、_。 (填字母代号)图实133A保证摆动过程中摆长不变B可使周期测量得更加准确C需要改变摆长时便于调节D保证摆球在同一竖直平面内摆动(2)他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度 L0 m，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图实134 所示，则摆球的直径为_ 摆摆长为_m。 图实134(3)图实135 中振动图象真实地描述了对摆长约为 1 m 的单摆进行周期测量的四种光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ，图中横坐标原点表示计时开始，A 、B、C 均为 30 次全振动的图象，已知 5四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是_( 填字母代号)。 图实135解析(1) 6、实验中要注意减小实验误差和便于实验操作，题目中的措施可以保证摆动过程中摆长不变，并且便于改变摆长，故选项 A、C 正确。 (2)游标卡尺主尺上的读数为 12 标尺上第 0 条刻度线与主尺刻度线对齐，所以游标卡尺的读数为 12 0.1 2.0 lL m m 0 32(3)用单摆测量周期时，为了减小误差，需使摆角小于 5，且从摆球经过最低点时开始计数，故振幅 A有选项 A 符合要求。 答案(1)2)0(3) 2在做“用单摆测定重力加速度”的实验时，用摆长 l 和周期 T 计算重力加速度的公式是 g。 42)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，如图实136 甲所示，那么单摆摆长 7、是_。 如果测定了 40 次全振动的时间如图乙中秒表所示，那么秒表读数是_s。 单摆的摆动周期是_ s。 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 136(2)如果测得的 g 值偏小，可能的原因是_( 填写代号)。 A测摆长时，忘记了摆球的半径B摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，使摆线长度增加了C开始计时时，秒表过早按下D实验中误将 39 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 s l 为横坐标，T 2 为纵坐标，作出 T2l 图线，并利用此图线求重力加速度。 解析(1)单摆摆长 表读数 75.2 s，单摆周期 T ss。 )由 g 8、可知 g 偏小的原因可能是摆长的记录值偏小或周期 T 的记录值偏大，故42、B、C。 (3)由 T2 可得 ，所以，T 2l 图线是过坐标原点的一条直线，直线斜率2k4 2/g，g。 在图线上取较远的两点(l 1，T )，( )，则 k ，所以 g42k 21 2 出图象如图所示，由直线上的点(和(可求出422 4，g m/m/s 2。 2k 4案(1)(2)图象见解析gm/s 2同类实验的拓展与创新例 3(1)在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图实137 甲、乙所示，测量方法正确的是_(选填“甲”或“乙”)。 图实137(2)图实138实验时，若摆球在垂直纸 9、面的平面内摆动，为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数，在摆球运动最低点的左、右两侧分别装置一激光光源与光敏电阻，如图实138 所示，光敏电阻与某一自动记录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值 R 随时间 39 所示，则该单摆的振动周期为_。 若保持悬点到小球顶点的绳长不变，改用直径是原小球直径 2 倍的另一小球进行实验，则该单摆的周期将_(填“变大” “不变” 或“变小”) ，图实139 中的 t 将_(填“变大”光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 “不变”或“变小”)。 图实139解析(1)用游标卡尺测量小球的直径时，应将小球置于两个外测量爪之间，不能靠在主尺和游标尺上，因此测量方法正确的 10、是乙。 (2)小球摆到最低点时，挡光使得光敏电阻阻值增大，从 经两次挡光完成一个周期，故 T2t 0；摆长为摆线长加小球半径，当小球直径变大，则摆长增加，由周期公式 T2 可知，周期变大；小球直径变大，挡光时间增加，即 t 变大。 案(1)乙(2)2 大变大教材实验练基础1(2012北京海淀模拟)某同学做 “用单摆测定重力加速度”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()A测量摆长时，把悬挂状态的摆线长当成摆长B测量周期时，当摆球通过平衡位置时启动秒表，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，并由计算式 T 求得周期始摆动 11、时振幅过小D所用摆球的质量过大解析：选 B由 T2 得 g l，g 值偏大说明 l 偏大或 T 偏小，把悬挂状态的摆2 ，会使 l 偏小， g 值偏小，A 错；摆球第 30 次通过平衡位置时，实际上共完成 15 次全振动，周期 T ，误认为 30 次全振动，T 变小引起 g 值明显偏大，B 对；单摆、D 错误。 2在“用单摆测定重力加速度”的实验中：(1)下面所给器材中，选用哪些器材较好，请把所选用器材前的字母依次填写在题后的横线上。 A长 1 m 左右的细线B长 30 右的细线C直径 2 铅球 D直径 2 铝球E秒表 F时钟G最小刻度是厘米的直尺H最小刻度是毫米的直尺所选用的器材是_。 (2)实验 12、时对摆线偏离竖直线的偏角要求是_。 解析：本实验的原理：振动的单摆，当摆角小于 10时，其振动周期与摆长的平方根成正比，与重力加速度的平方根成反比，而与偏角的大小( 振幅) 、摆球的质量无关，周期公式为 T2 ，变换这个公式可得 g4 2。 因此，本实验中测出单摆的摆长 l 和振动lg ，就可以求出当地的重力加速度 g 的值，本实验的目的是测量重力加速度 g 的值，而非验证单摆的振动规律。 因此实验中应选用较长的摆长 l，这样既能减小摆长的测量误差，又易于保证偏角 不大于 10，而且由于振动缓慢，方便计数和计时，故选 A。 本实验所用的实际摆要符合理论要求，摆长要有 1 m 左右，应选用不易伸长的细线，摆球直径要小于 2 选用较重的小球，故选 C。 由于重力加速度 g 与周期的平方成反比，周期 T 的测量误差对 g 的影响是较大的，所用计时工具应选精确度高一些的，故选 E。 由于摆长 l 加上铅球的半径 r。 铅球半径用游标卡尺测量出(也可由光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址。