高考物理一轮复习实验课9用单摆测重力加速度 (含解析)课件PPT

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一、实验目的1.利用单摆测定当地的重力加速度。2.巩固和加深对单摆周期公式的理解。二、实验原理
三、实验器材铁架台及铁夹、中心有小孔的金属小球、约1 m长的细线、停表、刻度尺、游标卡尺。
四、实验步骤1.让线的一端穿过小球的小孔,然后打一个比小孔大一些的线结,做成单摆。2.把线的上端用铁夹固定在铁架台上,把铁架台放在实验桌边,使铁夹伸到桌面以外,让摆球自由下垂,在单摆平衡位置处做上标记,如图所示。
3.用刻度尺测摆线长,用游标卡尺测小球直径d或直接用刻度尺测量单摆的摆长(悬点到球心间的距离)。4.把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度(不超过5°),然后放开小球让它摆动,用停表测出单摆完成30~50次全振动的时间,计算出平均完成一次全振动的时间,这个时间就是单摆的振动周期。5.改变摆长,重做几次实验。6.根据单摆的周期公式,计算出每次实验的重力加速度,求出几次实验得到的重力加速度的平均值,就是该地区的重力加速度的值。7.将测得的重力加速度数值与当地重力加速度数值加以比较,分析产生误差的可能原因。
六、误差分析1.系统误差的主要来源:悬点不固定,球、线不符合要求,振动是圆锥摆而不是在同一竖直平面内的振动等。2.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,不能多计或漏计全振动次数。七、注意事项1.选择器材时应选择细而不易伸长的线,长度一般为1 m左右。小球应选用质量大、体积小的金属球。2.摆动时控制摆线偏离竖直方向的角度应不大于5°。3.摆球摆动时,要使之保持在同一个竖直平面内,不要形成圆锥摆。4.计算单摆的振动次数时,应以摆球通过最低点位置时开始计时,以摆球从同一方向通过最低点时计数,要多测几次(如30次或50次)全振动的时间,并用取平均值的方法求周期。
实验原理与操作例1某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的实验中:(1)用游标卡尺测定摆球的直径,测量结果如图甲所示,则该摆球的直径为　　 cm。 摆动时偏角满足的条件是偏角小于5°,为了减小测量周期的误差,计时开始时,摆球应是经过最　　　(选填“高”或“低”)点的位置,且用停表测量单摆完成多次全振动所用的时间,求出周期。图乙中停表示数为一单摆全振动50次所需时间,则单摆振动周期为　　　。
(2)用最小刻度为1 mm的刻度尺测摆长,测量情况如图丙所示。O为悬挂点,从图丙中可知单摆的摆长为　　　　 m。 (3)若用l表示摆长,T表示周期,那么重力加速度的表达式为g=　　　　。 (4)考虑到单摆振动时空气浮力的影响后,学生甲说:“因为空气浮力与摆球重力方向相反,它对球的作用相当于重力加速度变小,因此振动周期变大。”学生乙说:“浮力对摆球的影响好像用一个轻一些的摆球做实验,因此振动周期不变”,这两个学生中　　　。 A.甲的说法正确B.乙的说法正确C.两学生的说法都是错误的
(5)某同学用单摆测当地的重力加速度。他测出了摆线长度l和摆动周期T,如图丁所示。通过改变悬线长度l,测出对应的摆动周期T,获得多组T与l,再以T2为纵轴、l为横轴画出函数关系图像如图戊所示。由图像可知,摆球的半径r=　　　 m,当地重力加速度g=　　　 m/s2;由此种方法得到的重力加速度值与实际的重力加速度值相比会　　　(选填“偏大”“偏小”或“一样”)。 
答案 (1)0.96　低　2.64 s　(2)0.998 0　(3) (4)A　(5)0.010　9.86　一样
实验数据处理与误差分析例2(2018·北京东城区二模)用单摆测定重力加速度的实验装置如图甲所示。(1)对测量原理的理解正确的是　　　。(选填选项前的字母) 
(2)若测量结果得到的g值偏大,可能是因为　　　。(选填选项前的字母) A.组装单摆时,选择的摆球质量偏大B.测量摆长时,将悬线长作为单摆的摆长C.测量周期时,把n次全振动误认为是(n+1)次全振动
(3)下表是某同学记录的实验数据,并做了部分处理。
请计算第5组实验中的T2=　　　　 s2。  乙
(4)将上表数据输入计算机,可得到图乙所示的l-T2图像,图线经过坐标原点,斜率k=0.25 m/s2。由此求得重力加速度g=　　　　 m/s2。(π2=9.87,此空答案保留三位有效数字) 
答案 (1)C　(2)C　(3)4.00　(4)9.87
实验探究拓展例3某同学利用单摆测量重力加速度。(1)为了使测量误差尽量小,下列说法正确的是　　　　。 A.组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球B.组装单摆须选用轻且不易伸长的细线C.实验时须使摆球在同一竖直面内摆动D.摆长一定的情况下,摆的振幅尽量大
(2)如图所示,在物理支架的竖直立柱上固定有摆长约1 m的单摆。实验时,由于仅有量程为20 cm、精度为1 mm的钢板刻度尺,于是他先使摆球自然下垂,在竖直立柱上与摆球最下端处于同一水平面的位置做一标记点,测出单摆的周期T1;然后保持悬点位置不变,设法将摆长缩短一些,再次使摆球自然下垂,用同样方法在竖直立柱上做另一标记点,并测出单摆的周期T2;最后用钢板刻度尺量出竖直立柱上两标记点之间的距离ΔL。用上述测量结果,写出重力加速度的表达式 g=　　　　。