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图片ppt课件

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[阿波罗登月迷局]迷团3：宇航员在月球跳跃为何不足1米？是否是在摄影棚拍摄？
人们测出月球重力加速度约为1.6m/s2，如何测重力加速度呢？
即便是在同一纬度上，g的值也会有不同，这又是为什么呢？
这与地球该处的内部物质成分有关系，我们根据这个特点，可以探测地面下的矿产物质等。
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。
理论上，与重力相关的物理现象都可以用来测量g。
当摆角较小时（θ<50），单摆做简谐运动，
想一想，要根据上式测量重力加速度需要测量哪些物理量？应该如何选择实验器材和设计实验装置？
测出l和T便可以计算出g
实验器材：铁架台（带铁夹）、中心有孔的金属小球、米尺、秒表 约1m长的细线、游标卡尺、
（1）摆线选轻、细、伸缩性小的，并且要尽可能长；
（2）摆球要选质量大、体积小的。
1．将细线的一端穿过小球的小孔，然后打一个比孔径稍大一些的结，把细线的另外一端固定在铁架台上面，制成一个单摆。
2．把线的上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，让摆球自由下垂，在单摆平衡位置处放上一支笔作标记。
3．将小球拉起一个很小的摆角，由静止释放小球，该小球将做简谐运动，这便制成了一个单摆装置。
1.摆长的测量：
方法一：用刻度尺直接测量小球球心与悬挂点之间的距离，如图所示。
方法二：用刻度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
1)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t。计算出振动周期T=t/n。(2)改变摆长，重复实验三次，测出相应摆长l和周期T。
1.结构：（1）启动和停止按钮A（2）复位按钮B。（3）分刻度盘和分针：量程15min，精确度0.5min（4）秒刻度盘和秒针：量程1（0.5）min，精确度0.1s
2.操作：（1）按压按钮A一次，开始计时；按压两次，终止计时。（2）开始读数。（3）按压按钮B，秒表复位，分、秒指针均指“0”刻度
3.读数：（1）先读分针示数，单位min（整数min）。（2）再读秒针示数（有0~30s黑色示数，和30s~60s红色示数两组刻度）分针未过半格读黑色示数，分针已过半格读红示数，不需估计读。（3）计时时间=分针示数+秒针示数.
图中为2分7.6s=127.6s
0分24.5秒=24.5s
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。
1.系统误差： 主要来自于单摆模型是否符合要求，如悬点是否固定，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．偶然误差： （1）时间测量误差：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。 （2）测长度和摆球直径时，读数也容易产生误差。
[例1] 在“用单摆测重力加速度”的实验中:
(1)下面叙述正确的是　　　(多选)。 A.选用长1 m左右的细棉线B.选用长50 cm左右的弹性细线C.选用直径约为2 cm的实心钢球D.选用直径约为2 cm的空心木球E.选用如图甲所示的缠绕悬挂方式F.选用如图乙所示的夹紧悬挂方式
解析:(1)摆线应选择长1 m左右的细棉线,因为细棉线无弹性,A正确,B错误;为减小实验误差,摆球应选择质量大、体积小的,即密度大的金属球,所以选用直径约为2 cm的实心钢球,C正确,D错误;实验时摆线的长度不应产生变化,因此应选用题图乙的夹紧悬挂方式,E错误,F正确。
(2)实验中测出单摆的摆线长为L、摆球直径为d、单摆完成n次全振动所用的时间为t,则重力加速度g=　　　　(用L、d、n、t表示)。 
(3)某同学测出不同摆长l时对应的周期T,作出T2-l图线,如图丙所示,再利用图线上相距较远的两点A、B的坐标(x1,y1)、(x2,y2),可求得重力加速度g=　　　　。 
(4)实验中,测得重力加速度的值比当地重力加速度的值偏小,可能的原因是　　　。 A.摆球的质量偏大B.单摆振动的振幅偏小C.计算摆长时没有加上摆球的半径D.将实际振动次数n次误记成(n+1)次