高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第二章 机械振动5 实验：用单摆测量重力加速度优秀课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第二章 机械振动5 实验：用单摆测量重力加速度优秀课件ppt，共27页。PPT课件主要包含了思考探究，深入理解，典型例题，课堂总结，CONTENTS，导入与思考，学习目标，探究思考，实验思路，惠更斯等内容，欢迎下载使用。

了解地球表面重力加速度的分布，对地球物理学、航空航天技术及大地测量等领域有十分重要的意义。为此，就需要了解测量重力加速度的方法。
那么，我们除了通过自由落体运动，还有哪些方法可以测量当地的重力加速度呢？
学会用单摆测当地的重力加速度，学会减小实验误差的方法。　
明确用单摆测定重力加速度的原理和方法。
知道如何选择实验器材，能熟练地使用秒表。
小明从东莞搬家到北京去，搬家时把家中漂亮的摆钟也带到北京去了。但是到了北京之后发现摆钟计时不准了，而在东莞的时候是很准的。后来就打电话投诉，但经过检查鉴定摆钟的质量是没有问题的。
可见了解重力加速度的分布，对我们日常生活也是十分有意义的
惠更斯在推导出单摆的周期公式后，用一个单摆测出了巴黎的重力加速度。我们也可以采用同样的办法，测量所在地区的重力加速度数值。当摆角较小时，单摆做简谐运动，根据其周期公式可得 。
铁架台（带铁夹），中心有孔的金属小球，约1m长的细线，米尺(最小刻度为mm)，游标卡尺，停表。
三、实验步骤及物理量的测量
1．安装好实验装置，如图。
2．测摆长用米尺量出从悬点到小球上端的悬线长l0，再用游标卡尺测量出摆球的直径d，则摆长l＝l0＋ 。
3．测周期将单摆从平衡位置拉开一个小角度(摆角小于5°)，然后释放摆球让单摆在竖直平面内摆动。当单摆摆动稳定后，过平衡位置时开始计时，测量30～50次全振动的时间。计算出完成一次全振动的时间，即为单摆的振动周期T。
4．改变摆长重测周期将单摆的摆长变短或变长，重复实验三次，测出相应的摆长l和周期T。
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：
主要来自于单摆模型本身是否符合要求，即悬点是否固定，摆球和摆长是否符合要求，最大摆角是否不超过5°，是否在同一竖直平面内摆动等。
（2）测长度和摆球直径时，读数也容易产生误差。
（1）主要来自于时间测量，测量时间时要求从摆球通过平衡位置开始计时，在记次数时不能漏记或多记。同时应多次测量，再对多次测量结果求平均值。机械式停表只能精确到0.1s，读数时不需估读.
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。
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
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。
1.在用单摆测量重力加速度时，若所用的摆球质量分布不均匀，不能用摆线长加球半径得到单摆的摆长。我们采用如下方法解决这个问题：
由①②两式可求得当地的重力加速度
2.其他方法测定重力加速度：
1、物体作自由落体运动：
2、物体从光滑的斜面上由静止下滑：
3、物体静止于水平面上：
6、滴水法测重力加速度：
g=2H(N-1)2/t2
1.（多选）根据单摆周期公式，可以设计实验测量当地的重力加速度。如图所示，将细线的上端固定在铁架台的铁架上，下端系一小球，就做成了单摆，关于该实验，下列说法正确的是（　　）A．摆球可选择质量较大、体积较小的钢球B．为方便改变摆长，可将摆线的一头绕在铁架台上的圆杆上以代替铁夹C．实验过程中要确保摆球在同一竖直平面内摆动D．若测出摆球连续通过最低点100次的时间为，则单摆的周期为E．若用悬线的长度加上摆球的直径作为摆长代入单摆周期公式进行运算，且其它操作和计算均正确，则得到的实验结果比当地重力加速度的实际值要大一些。
2.（多选）某同学用在实验室做“单摆的周期T与摆长L的关系”实验，先测得摆线长为l，摆球直径为d，然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间为t。他测得的g值偏小，可能的原因是（　　）A．测摆线长时摆线拉得过紧B．摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了C．开始计时，秒表过早按下D．在摆动过程中，由于空气阻力造成摆角逐渐变小
【答案】BC【详解】A．由单摆周期公式可知 , 测摆线长度时摆线拉得过紧，会使测得的摆长偏大，即重力加速度偏大，故A错误；B．振动中摆线变长，即摆长的测量值偏小，即重力加速度偏小，故B正确；C．秒表过早按下，即测得的周期偏大，所以重力加速度偏小，故C正确；D．空气阻力的作用下，简谐振动变为阻尼振动，周期不变，故D错误。故选BC。
3.图（甲）为单摆装置测定重力加速度的实验装置，关于该实验：（1）下述说法正确的是_________。A．用刻度尺测量摆线的长度l作为单摆摆长B．为了更准确的测量时间，释放小球时的摆角要大，周期才长，测量才更准确C．如果有两个大小相同的带孔空心铁球和实心铁球可供选择，应选用实心铁球作摆球D．为了便于改变摆线的长度，可将摆线的一头绕在铁架上端的圆杆上以代替铁夹，如图（乙）所示（2）测得单摆的周期T0，重力加速度g、摆长l之间的关系为： ，某一座钟摆走慢了，要把它调准，应该将摆长____________（选填：调长、调短）。（3）将（1）中的单摆放于摩擦可以忽略不计的斜面上，如图（丙）所示，将小球由静止释放，释放摆球角度很小，测得的摆球摆动的周期T_________T0（选填：大于、等于、小于）。
【答案】C     调短     大于【详解】（1） A．摆长是摆线的长度加上小球的半径，故A错误；B．为了实验的准确性，应该把摆球从平衡位置拉开一个很小的角度释放，如果摆角太大，摆球的运动不是简谐振动，故B错误；C．体积相同的摆球，应选择质量更大的，故C正确；D．如果将摆线的一头绕在铁架上端的圆杆上，摆球在摆动的过程中，摆线的长度会改变，故D错误。故选C。（2）摆钟走慢，则说明周期T偏大，为了让周期变小，根据 ，可以调短钟摆的摆长。（3）对单摆进行受力分析，可得斜面倾角为θ时，单摆周期公式中的等效重力加速度与重力加速度g的关系是 ，根据 ，可知，测得的摆球摆动的周期变长，所以 。
4.在“用单摆测重力加速度”实验中：（1）用毫米刻度尺测出摆线长L，用游标卡尺测出摆球的直径D。在下面进行的操作中，正确的是：______ （选填选项前的字母）；A．把单摆从平衡位置拉开一个较大的角度释放B．摆球经过平衡位置时开始计时C．用秒表测量单摆完成1次全振动所用时间作为单摆的周期（2）当单摆摆动稳定后，用秒表测量单摆n次全振动的时间t，秒表的示数如图所示，则t=______s；（3）用上述实验过程中测出的物理量（摆线长为L，摆球直径为D，全振动n次所用时间t）写出重力加速度计算式g=______。
【答案】B     75.2     【详解】(1) A．单摆在摆角小于5°的情况下做简谐振动，故A错误；B．为减小实验误差应在单摆经过平衡位置时计时，故B正确；C．测出多个周期的总时间然后求出平均值作为单摆的周期；故C错误；(2)秒表的示数 ，(3) 周期 ，根据 ，解得： 。
5.用单摆测定重力加速度的实验装置如图甲所示。（1）组装单摆时，应在下列器材中选用___________（选填选项前的字母）。A．长度为1m左右的细线B．长度为10cm左右的橡皮绳C．直径为1.5cm左右的塑料球D．直径为1.5cm左右的铁球（2）用游标卡尺测量摆球的直径，测量结果如图乙所示，则该摆球的直径为___________cm。（3）下面测定单摆振动周期的方法正确的是___________。A．把摆球从平衡位置拉开到某一位置，然后由静止释放摆球，在释放摆球的同时启动秒表开始计时，当摆球再次回到原来位置时，按停秒表停止计时B．以单摆在最大位移处为计时基准位置，用秒表测出摆球第n次回到基准位置的时间t，则C．以摆球在最低位置处为计时基准位置，摆球每经过最低位置，记数一次，用秒表记录摆球n次经过最低位置的时间t，则D．以摆球在最低位置处为计时基准位置，摆球每从同一方向经过摆球的最低位置记数一次，用秒表记录摆球从同一方向n次经过摆球的最低位置时的时间t，则
（4）为了提高实验精度，在实验中可改变摆长l并测出相应的周期T，再以T2为纵坐标、l为横坐标将所得数据连成直线，如图丙所示，并求得该直线的斜率k。则重力加速度g=___________。（用k表示）（5）某同学测得的g值偏小，可能的一种原因是___________。A．测摆线长时摆线拉得过紧B．开始计时时，秒表过迟按下C．实验时摆球摆动时间过长引起摆角变小D．摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了
【答案】AD     1.64     D          D【详解】（1）为减小实验误差，应选择1m左右的细线；为减小空气阻力影响，摆球应选密度大而体积小的铁球，因此需要的实验器材是AD；（2）由游标卡尺的读数可知，精确度是0.1mm，则摆球直径为d=1.6×10mm+0.1mm×4=16.4mm=1.64cm;（3）AB．摆角应小于5°，在测量周期时，应在摆球经过最低点开始计时，测量多次全振动的周期，可以减小误差，故AB错误；C．以摆球在最低位置处为计时基准位置，摆球每经过最低位置，记数一次，用秒表记录摆球n次经过最低位置的时间t，则摆球两次经过最低点的时间间隔是半个周期，所以摆球通过最低点作为第1次开始计时到一直数到摆球第n次通过最低点，摆球经过了（n-1）个半个周期，所以单摆的周期 ，故C错误；D．以摆球在最低位置处为计时基准位置，摆球每从同一方向经过摆球的最低位置记数一次，用秒表记录摆球从同一方向n次经过摆球的最低位置时的时间t，则摆球相邻两次同一方向经过最低点的时间即为一个周期，则有 ，故D正确。故选D。（4）根据单摆周期公式 ，变形得 ，则图线的斜率 ，解得 ；（5）根据单摆周期公式 ，解得 ，A．测摆线长时摆线拉得过紧，摆长测量偏大，可知测得的g偏大，故A错误；B．开始计时时，秒表过迟按下，测量的时间t偏小，则周期T偏小，可知测得的g值偏大，故B错误；C．摆角变小，周期不变，可知测得的g值不会受影响，故C错误；D．单摆的悬点未固定紧，振动中出现松动，使摆线增长了，则摆长的测量值偏小，可知测得的g值偏小，故D正确。