高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 实验：用单摆测量重力加速度教课课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 实验：用单摆测量重力加速度教课课件ppt，共28页。PPT课件主要包含了内容索引，学习目标，思维导图，课前篇自主预习，课堂篇探究学习等内容，欢迎下载使用。

1.知道单摆做简谐运动的条件及相应控制方法(物理观念)2.会测量实际单摆的摆长、会测量单摆振动时间,用平均值法求周期(科学探究)3.会用平均值法、图像法(T2-l图像)求重力加速度(科学探究)
[自主阅读]一、实验思路根据单摆的周期公式可得 ,只要测得摆长l和单摆的周期T,便可测定重力加速度g的值。二、实验装置1.制作:在细线的一端打一个比小孔上的孔径稍大些的结,将细线穿过球上的小孔,并把细线上端固定在铁架台上,就制成一个单摆。2.安装:将铁夹固定在铁架台上端,铁架台放在实验桌边,使铁夹伸出桌面之外,使摆球自由下垂。在单摆平衡位置处做上标记。
三、物理量的测量1.摆长的测量:用刻度尺量出悬线长l'(准确到 mm),用游标卡尺测出摆球的直径d(准确到mm),然后计算出悬点到球心的距离l=l'+ ,即为摆长。2.周期的测量:把此单摆从平衡位置拉开一个很小的角度(这个角度不大于5°),再释放小球。当摆球摆动稳定以后,经过最低位置时,用停表开始计时,测量单摆全振动30次(或50次)的时间,求出一次全振动的时间,即单摆的振动周期。
四、数据分析1.平均值法:每改变一次摆长,将相应的l和T代入公式中求出g值,最后求出g的平均值。设计如下所示实验表格
五、注意事项1.构成单摆的条件:摆线应选择细且不易伸长的线(长度1 m左右),小球应选用密度较大、体积较小的金属球(直径最好不超过2 cm),摆角要小,不超过5°。可通过估算振幅的办法掌握。2.固定悬点:单摆悬线的上端不可随意卷在杆上,应夹紧在铁夹中,以免摆动时发生摆线下滑,摆长改变。3.摆动方法:要使摆球在同一竖直面内摆动,不能形成圆锥摆,方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放。4.测摆长:摆长应是悬点到球心的距离,等于摆线长加上小球半径。
5.测周期:(1)要从摆球经过平衡位置时开始计时。(2)要测多次全振动的时间来计算周期,如在摆球过平衡位置时,开始计时并数零,以后摆球每过一次平衡位置数一个数,最后总计时为t,总数为n,则周期
六、误差分析1.本实验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;是单摆还是复摆;球、线是否符合要求;振动是圆锥摆还是同一竖直平面内振动以及测量哪段长度作为摆长等。2.本实验偶然误差主要来自时间(即单摆周期)的测量上。因此要注意测准时间(周期),要从摆球通过平衡位置开始计时,不能多记或漏记振动次数。为了减小偶然误差,应进行多次测量后取平均值。要点笔记 提高实验精度从两个方面入手:(1)尽可能准确地测量出摆长和周期;(2)多次改变摆长,重做实验得到多组数据,并用图像法处理数据。
例题1(2021北京延庆高二期末)某实验小组的同学们用如图所示的装置做用单摆测量重力加速度的实验。(1)实验时除用到秒表、刻度尺外,还应该用到下列器材中的　　　　　(选填选项前的字母,多选)。 A.长度为1 m左右的细线B.长度为30 cm左右的细线C.直径为1.8 cm的塑料球D.直径为1.8 cm的钢球
(2)选择好器材,将符合实验要求的单摆悬挂在铁架台上,应采用图　　　　　(选填“甲”或“乙”)中所示的固定方式。 (3)将单摆正确悬挂后进行如下操作,其中正确的是　　　　　(选填选项前的字母,多选)。 A.测出摆线长作为单摆的摆长B.把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度释放,使之做简谐运动C.在摆球经过平衡位置时开始计时D.用秒表测量单摆完成1次全振动所用时间并作为单摆的周期
(4)测出悬点O到小球球心的距离(摆长)l及单摆完成n次全振动所用的时间t,则重力加速度g=　　　　　(用l、n、t表示)。 (5)某同学多次改变单摆的摆长l并测得相应的周期T,他根据测量数据画出了如图所示的图像,但忘记在图中标明横坐标所代表的物理量。你认为横坐标所代表的物理量是　　　　　(选填“l2”“l”或“ ”)。 如果该图线的斜率为k,则重力加速度g的表达式g=　　　　　(用k表示)。
(6)某同学测得的重力加速度数值小于当地的重力加速度的实际值,造成这一情况的原因可能是　　　　　(选填选项前的字母,多选)。 A.开始摆动时振幅较小B.开始计时时,过早按下秒表C.测量周期时,误将摆球29次全振动的时间记为30次全振动的时间D.在测量完摆长之后悬挂点细线松动
解析 (1)实验过程中摆线不能太短,应选择长约1 m的细线作为摆线,故A正确,B错误;为减小实验误差,应选择密度大而体积小的球作为摆球,故应选择直径为1.8 cm的钢球作为摆球,不要选用直径为1.8 cm的塑料球,故C错误,D正确。(2)在该实验的过程中,悬点要固定,应采用图乙中所示的固定方式。(3)摆线长度与摆球半径之和是单摆的摆长,故A错误;单摆在小角度下的运动为简谐运动,把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度释放,使之做简谐运动,故B正确;为减小测量误差,在摆球经过平衡位置时开始计时,故C正确;为减小测量误差,应测出n个周期的总时间t,然后求出周期为T= ,用单摆完成1次全振动所用时间作为单摆的周期实验误差较大,故D错误。
(6)由 ,g与振幅大小无关,故A错误;开始计时时,过早按下秒表,周期偏大,则g偏小,即测得的重力加速度数值小于当地的重力加速度的实际值,故B正确;测量周期时,误将摆球29次全振动的时间记为30次全振动的时间,则周期偏小,则g偏大,即测得的重力加速度数值大于当地的重力加速度的实际值,故C错误;单摆的悬挂点细线松动,而摆长已测量完毕,则g偏小,即测得的重力加速度数值小于当地的重力加速度的实际值,故D正确。
例题2(2020上海嘉定第二次质量调研)某同学想在家做用单摆测量重力加速度的实验,但没有合适的摆球,他找来一块体积约为3 cm3、外形不规则的金属块代替摆球,用细线将金属块系好并悬挂于O点,金属块与细线结点为M,如图所示。
(1)拉开金属块,由静止释放,从它摆到　　　　　(选填“最高点”或“最低点”)开始计时,若金属块完成n次全振动所用的时间为t,则摆动周期T=　　　　; (2)该同学用OM的长度l作为摆长,多次改变摆长记录多组l、T值。若用公式法计算出各组的重力加速度,再取平均值,那么得到的重力加速度与真实值相比　　　　　(选填“偏大”或“偏小”); 
(3)为此该同学想改用图像法,以T2为纵坐标,l为横坐标,作出T2-l图像。如果其他操作都无误,则他作出的图像可能是图中的　　　　　(选填“a”“b”或“c”);然后根据图像的斜率k,就可测出该地的重力加速度g=　　　　　。 
1.(2021福建武平第一中学高二月考)在用单摆测量重力加速度的实验中,某实验小组在测量单摆的周期时,从单摆运动到最低点开始计时,且记为第1次经过最低点,到第n次经过最低点所用的时间为t;在测量单摆的摆长时,先用毫米刻度尺测得悬挂摆球后的摆线长为l,再用游标卡尺测得摆球的直径为d,该单摆的摆长为　　　　　;求重力加速度的表达式g=　　　　　(用上述物理量的符号表示)。 
2.下表是用单摆测定重力加速度实验中获得的有关数据:(1)利用上述数据,作出l-T2图像。(2)利用图像,取T2=4.2 s2时,l=　　　　 m,重力加速度g=　　　　 m/s2。 
解析 (1)l-T2图像如图中直线所示。
答案 (1)见解析图 (2)1.05　9.86