2.5实验：用单摆测重力加速度ppt课件（含视频） -（2019）新人教版高中物理选择性必修第一册高二上学期.rar

2.52.5实验：用单摆测量重力加速度实验：用单摆测量重力加速度新人教版新人教版 选择性必修选择性必修一一第二章第二章 机械振机械振动动 惠更斯在推导出单摆的周期公式后，用一个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。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，根据其周期公当摆角较小时，单摆做简谐运动，根据其周期公式可得式可得 想一想，要根据上式测量重力加速度，需要想一想，要根据上式测量重力加速度，需要测量哪些物理量？应该如何设计实验装置、选择测量哪些物理量？应该如何设计实验装置、选择实验器材？怎样才能减小实验误差？实验器材？怎样才能减小实验误差？ 惠更斯惠更斯PKPKPK有弹力有弹力无弹力无弹力铁架台（带铁夹），中心有孔的金属小铁架台（带铁夹），中心有孔的金属小球，约球，约1m长的细线，米尺，游标卡尺（长的细线，米尺，游标卡尺（选用），秒表选用），秒表 三、实验器材三、实验器材1 1、做单摆、做单摆 (1)(1)让线的一端穿过小球的小孔，然后打一个比小孔稍大一些的结，让线的一端穿过小球的小孔，然后打一个比小孔稍大一些的结，制成一个单摆。制成一个单摆。 (2)(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，在单摆平衡位置处作上标记。铁夹伸到桌面以外，让摆球自由下垂，在单摆平衡位置处作上标记。四、四、实验步骤实验步骤3 3、测周期测周期将单摆从平衡位置拉开一个小角度将单摆从平衡位置拉开一个小角度( (摆角小于摆角小于5)5)，然后释放摆球让单，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，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，测量测量30305050次全振动的时间次全振动的时间。计算出完成一次全振动的时间，即为单。计算出完成一次全振动的时间，即为单摆的振动周期摆的振动周期T T。2分7.6秒031233435637839411043121445164718492051225324265557285901267891011345121314秒表的读数秒表的读数0312334356378394110431214451647184920512253242655572859012678910113451213141分51.4秒秒表的读数秒表的读数五、数据处理五、数据处理六、误差六、误差分析分析七、注意事项七、注意事项构成单摆的条件：构成单摆的条件：摆线应选择细且不易伸长的线摆线应选择细且不易伸长的线(长度约长度约1 m)，小，小球应选用密度较大、体积较小的金属球球应选用密度较大、体积较小的金属球(直径最好不超过直径最好不超过2 cm)，摆，摆角不能超过角不能超过5 。固定悬点：固定悬点：单摆悬线的上端不可随意卷在杆上，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。应夹紧在铁夹中，以免摆动时发生摆线下滑，摆长改变。摆动方摆动方法：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。球拉到一定位置后由静止释放。测摆长：测摆长：摆长应是悬点到球心的摆长应是悬点到球心的距离，等于摆线长加上小球半径。距离，等于摆线长加上小球半径。点点击击图图片片播播放放视视频频1、某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素.( (1 1) )他他组组装装单单摆摆时时，在在摆摆线线上上端端的的悬悬点点处处，用用一一块块开开有有狭狭缝缝的的橡橡皮皮夹夹牢牢摆摆线线，再再用用铁铁架架台台的的铁铁夹夹将将橡橡皮皮夹夹紧紧，如如图图3 3所所示示，这这样样做做的的目目的的是是_ _ _ _ _ _ _ _( (填填字母代号字母代号).).A.A.保证摆动过程中摆长不变保证摆动过程中摆长不变B.B.可使周期测量更加准确可使周期测量更加准确C.C.需要改变摆长时便于调节需要改变摆长时便于调节D.D.保证摆球在同一竖直平面内保证摆球在同一竖直平面内摆动摆动基础考点基础考点 自主悟自主悟透透图3 随堂练习随堂练习AC(2)他他组组装装好好单单摆摆后后在在摆摆球球自自然然悬悬垂垂的的情情况况下下，用用毫毫米米刻刻度度尺尺从从悬悬点点量量到到摆摆球球的的最最低低端端的的长长度度L0.999 0 m，再再用用游游标标卡卡尺尺测测量量摆摆球球直直径径，结结果果如如图所示，图所示，则该摆球的直径为则该摆球的直径为_ mm，单摆摆长为，单摆摆长为_ m.12.00.993 0(3)下下列列振振动动图图象象真真实实地地描描述述了了对对摆摆长长约约为为1 m的的单单摆摆进进行行周周期期测测量量的的四四种种操操作作过过程程.图图中中横横坐坐标标原原点点表表示示计计时时开开始始，A、B、C均均为为30次次全全振振动动的的图图象象，已已知知sin 50.087，sin 150.26，这这四四种种操操作作过过程程合合乎乎实实验验要要求且误差最小的是求且误差最小的是_(填字母代号填字母代号).A2、某某同同学学用用单单摆摆测测当当地地的的重重力力加加速速度度.他他测测出出了了摆摆线线长长度度L和和摆摆动动周周期期T，如如图图(a)所所示示.通通过过改改变变悬悬线线长长度度L，测测出出对对应应的的摆摆动动周周期期T，获获得得多多组组T与与L，再再以以T2为为纵纵轴轴、L为为横横轴轴画画出出函函数数关关系系图图象象如如图图(b)所所示示.由由图图象象可可知知，摆摆球球的的半半径径r_ m，当当地地重重力力加加速速度度g_ m/s2；由由此此种种方方法法得得到到的的重重力力加加速速度度值值与与实实际际的的重重力力加加速速度度值值相相比比会会_(选选填填“偏偏大大”“偏小偏小”或或“一样一样”)1.01029.86一样一样3、在在“用单摆测定重力加速度用单摆测定重力加速度”的实验中的实验中:(1)小博同学制作了如图所示的甲、乙、丙三个单摆，你认为他应选小博同学制作了如图所示的甲、乙、丙三个单摆，你认为他应选用用_图来做实验。图来做实验。(2) 实验过程小博同学分别用了图实验过程小博同学分别用了图a、b的两种不同方式悬挂小球，你的两种不同方式悬挂小球，你认为认为_(选填选填“a”或或“b”)悬挂方式较好。悬挂方式较好。乙乙b(3)某同学用秒表测得单摆完成某同学用秒表测得单摆完成40次全振动的时间如图丁所示，则单摆的次全振动的时间如图丁所示，则单摆的周期为周期为_s。(4)若单摆在任意摆角若单摆在任意摆角时的周期公式可近似为时的周期公式可近似为T=T01+asin2 ，式中，式中T0为为摆角趋近于摆角趋近于0时的周期，时的周期，a为常数；为了用图像法验证该关系式，需要测为常数；为了用图像法验证该关系式，需要测量的物理量有量的物理量有 _；某同学在实验中得到了如图戊所示；某同学在实验中得到了如图戊所示的图线，则图线的斜率表示的图线，则图线的斜率表示_。1.89T（或（或n、t）、）、【答案】【答案】：(1)乙乙(2)b(3)1.89(4)T(或或t、n)、 解析解析：(1)单摆在摆动过程中，阻力要尽量小甚至忽略不计单摆在摆动过程中，阻力要尽量小甚至忽略不计,所以摆球选铁球；悬线要所以摆球选铁球；悬线要细、无弹性，摆长不能过小，一般取细、无弹性，摆长不能过小，一般取1 m左右的细线。故选乙左右的细线。故选乙;(2)如果选如果选a装置，摆动过程中，摆长在不断变化，无法准确测量，故选装置，摆动过程中，摆长在不断变化，无法准确测量，故选b装置装置;(3)由图丁可知，单摆完成由图丁可知，单摆完成40次全振动的时间是次全振动的时间是75.6 s，所以单摆的周期为：，所以单摆的周期为：T= s=1.89 s;(4)根据根据 可知可知,需要测量的物理量有需要测量的物理量有T(或或t、n)、,由由 得，得， ,所以图线的斜率为所以图线的斜率为 。4、某实验小组在进行、某实验小组在进行“用单摆测定重力加速度用单摆测定重力加速度”的实验中的实验中，已知单摆在摆动过程中的摆角小于，已知单摆在摆动过程中的摆角小于5;在测量单摆的周在测量单摆的周期时，从摆球运动到最低点开始计时且记数为期时，从摆球运动到最低点开始计时且记数为1，到第，到第n次次经过最低点所用的时间为经过最低点所用的时间为t；在测量单摆的摆长时，先用；在测量单摆的摆长时，先用毫米刻度尺测得摆球悬挂后的摆线长毫米刻度尺测得摆球悬挂后的摆线长(从悬点到摆球的最从悬点到摆球的最上端上端)为为L，再用螺旋测微器测得摆球的直径为，再用螺旋测微器测得摆球的直径为d(读数如图读数如图所示所示)。(1)该单摆在摆动过程中的周期为该单摆在摆动过程中的周期为_。(2)用上述物理量的符号写出求重力加速度的一般表达式用上述物理量的符号写出求重力加速度的一般表达式g=_。(3)从图可知从图可知,摆球的直径为摆球的直径为_mm。5.9805.980(4)实验结束后实验结束后,某同学发现他测得的重力加速度的值总是某同学发现他测得的重力加速度的值总是偏大偏大,其原因可能是下述原因中的其原因可能是下述原因中的()A.单摆的悬点未固定紧单摆的悬点未固定紧,振动中出现松动振动中出现松动,使摆线增长了使摆线增长了B.把把n次摆动的时间误记为次摆动的时间误记为(n+1)次摆动的时间次摆动的时间C.以摆线长作为摆长来计算以摆线长作为摆长来计算D.以摆线长与摆球的直径之和作为摆长来计算以摆线长与摆球的直径之和作为摆长来计算BD解析：解析：(1)根据记数的方式可知全振动的次数根据记数的方式可知全振动的次数N=所以周期所以周期T= (2)摆长摆长l=L+ ,将将T和和l代入代入g= 得得(3)(3)直径直径 d=5.5mm+0.0148.0d=5.5mm+0.0148.0 mm=5.980mm=5.980 mmmm。(4)(4)根据根据 g=g= 知知, ,当悬点松动后当悬点松动后 , ,摆线增长摆线增长 , ,则代入公式中的则代入公式中的 l将将偏小偏小 , ,故所测故所测 g g值偏小值偏小 ,A,A错误错误 ; ;对对B B选项选项 ,T,T变小变小 ,g,g变大变大 ,B,B正确正确 ; ;对对C C选项选项 , ,l变小变小 ,g,g应偏小应偏小 ,C,C错误错误 ; ;对对D D选项选项 , ,l变大变大 ,g,g应偏大应偏大 ,D,D正确。正确。5 5、将在地球上校准的摆钟拿到月球上去、将在地球上校准的摆钟拿到月球上去, ,若此钟在月球若此钟在月球记录的时间是记录的时间是1h,1h,那么实际上的时间应是那么实际上的时间应是_h(_h(月球表月球表面的重力加速度是地球表面的面的重力加速度是地球表面的 ) )。若要把此摆钟调准。若要把此摆钟调准, ,应将摆长应将摆长L L0 0调节为调节为_。解析：解析：设在地球上校准的摆钟周期为设在地球上校准的摆钟周期为T0，指示时间为，指示时间为t0；在月球；在月球上的周期为上的周期为T，指示时间为，指示时间为t。由于指示时间。由于指示时间t与振动次数与振动次数N成正比成正比，即，即tN；一定时间内振动次数；一定时间内振动次数N与振动周期与振动周期T成反比，即成反比，即N ；由单摆周期公式可知；由单摆周期公式可知T ，由以上推知：，由以上推知：t ，则有，则有 。所求实际时间为。所求实际时间为t0= 要把它调准，需将摆长调为要把它调准，需将摆长调为 6、(多选多选)在用单摆测重力加速度的实验中，测得单摆偏角小于在用单摆测重力加速度的实验中，测得单摆偏角小于5，实验中某学生所测实验中某学生所测g值偏大，其原因可能是值偏大，其原因可能是()A实验室离海平实验室离海平面太高面太高B摆球太重摆球太重C测出测出n次全振动时间为次全振动时间为t，误作为，误作为(n1)次全次全振动时间进行计算振动时间进行计算D以摆线长与摆球直径之和作为摆长来计算以摆线长与摆球直径之和作为摆长来计算CDAa0.39.86