粵教版選修34 用單擺測定重力加速度 第1課時 教案.docx

用單擺測定重力加速度【實驗目的】1.利用單擺測定當?shù)氐闹亓铀俣取?.鞏固和加深對單擺周期公式的理解。【實驗原理】單擺在偏角很小時的擺動，可以看成是簡諧運動。其固有周期為 ，由此可得g= ，據(jù)此，只要測出擺長l和周期t，即可計算出當?shù)氐闹亓铀俣戎?。【實驗器材?鐵架臺及鐵夾，中心有小孔的金屬小球；約1m的細線；秒表，游標卡尺，刻度尺?！緦嶒灢襟E】1在細線的一端打一個比小球上的孔徑稍大些的結，將細線穿過球上的小孔，制成一個單擺。2將鐵夾固定在鐵架臺的上端，鐵架臺放在實驗桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，把做好的單擺固定在鐵夾上，使擺球自由下垂。3用刻度尺測量單擺長（懸點到球心間的距離）?；蛴糜螛丝ǔ邷y出擺球直徑2r，再用米尺測出從懸點至小球上端的懸線長l，則擺長l= 。4把單擺從平衡位置拉開一個小角度，使單擺在豎直平面內(nèi)擺動，用秒表測量單擺完成全振動30次（或50次）所用的時間，求出完成一次全振動所用的平均時間，這就是單擺的周期t。反復測量3次，再算出測得的周期t的平均值。5將測出的擺長l和周期t，求出重力加速度g的值?！咀⒁馐马棥?、選擇材料時應選擇細、輕又不易伸長的線，長度一般在1m左右，小球應選用密度較大的金屬球，直徑應較小，最好不超過2cm。2、 單擺懸線的上端不可隨意卷在鐵夾的桿上，應夾緊在鐵夾中，以免擺動時發(fā)生擺線下滑、擺長改變的現(xiàn)象。3、 擺球擺動時，要使之保持在同一個豎直平面內(nèi)，不要形成圓錐擺。4、 計算單擺的振動次數(shù)時，應以擺球通過最低位置時開始計時，以后擺球從同一方向通過最低位置時進行計數(shù)，且在數(shù)“零”的同時按下秒表，開始計時計數(shù)。5、 為使擺長測量準確，從而減小實驗誤差，在不使用游標卡尺測量擺球直徑的情況下，可以用刻度尺量出圖中的l1和l2，計算求得擺長。6、4.由公式g= ,分別測出一系列擺長l對應的周期t.作出l-t2的圖象,如圖2所示,圖象應是一條通過原點的直線,求出圖線的斜率k,即可求得g值. 根據(jù)圖線斜率求g值可以減小誤差.【實驗數(shù)據(jù)記錄和處理】表81次序擺長l/m50次全振動時間t/s周期t/s重力加速度g/ms-2g的平均值/ms-2123【問題與討論】1應該在單擺處于自然下垂狀態(tài)時測量單擺的擺長l，為什么？2計算單擺的振動次數(shù)時，應以擺球通過最低位置時開始計時，為什么？3.實驗中測量單擺的周期t時，為什么采用測50t，而不是直接測量t？【誤差分析】1.系統(tǒng)誤差主要來源于單擺模型本身是否符合要求,即懸點是否固定,球、線是否符合要求,振動是圓錐擺還是在同一豎直平面內(nèi)的振動等.2.偶然誤差主要來自時間上的測量,因此,要從擺球通過平衡位置開始計時,不能多計或漏計振動次數(shù).3.為了減小偶然誤差,通常采用多次測量求平均值及用圖象處理數(shù)據(jù)的方法.【基礎練習】1某同學在做“利用單擺測重力加速度”實驗中，先測得擺線長為101.00cm，擺球直徑為2.00cm，然后用秒表記錄了單擺振動50次所用的時間為101.5s。則（1）他測得的重力加速度g=_m/s2。（2）他測得的g值偏小，可能的原因是a測擺線長時擺線拉得過緊b擺線上端未牢固地系于懸點，振動中出現(xiàn)松動，使擺線長度增加了c開始計時時，秒表過遲按下d實驗中誤將49次全振動數(shù)為50次（3）為了提高實驗精度，在實驗中可改變幾次擺長l并測出相應的周期t，從而得出一組對應的l與t的數(shù)據(jù)，如表82所示。描點并作出t2-l圖線。通過圖線求得當?shù)氐闹亓铀俣萭=_.表82序號擺長l/mt2/s210.6002.4720.6502.6730.7002.8840.7503.0850.8003.2960.8503.492某此實驗某次測量時，秒表記時如圖83所示，則秒表的示數(shù)為： s【基礎練習答案】1、（1）9.76；（2）b；（3）9.642、99.8s【實戰(zhàn)提升】1.某同學用實驗的方法探究影響單擺周期的因素。他組裝單擺是，在擺線上端的懸點處，用一塊開有狹縫的橡皮夾牢擺線，再用鐵架臺的鐵夾將橡皮夾緊，如圖所示，這樣做的目的是 （填字母代號）a保證擺動過程中擺長不變b可使周期測量得更加準確c需要改變擺長時便于調節(jié)d保證擺球在同一豎直平面內(nèi)擺動他組裝好單擺后在擺球自然懸垂的情況下,用毫米刻度尺從懸點量到擺球的最低端的長度l=0.9990m,再用游標卡尺測量擺球直徑,結果如圖所示,則該擺球的直徑為_mm,單擺擺長為_m.下列振動圖象真實地描述了對擺長約為1m的單擺進行周期測量的四種操作過程,圖中橫坐標原點表示計時開始,a,b,c均為30次全振動的圖象,已知sin5=0.087,sin15=0.26,這四種操作過程合乎實驗要求且誤差最小的是_(填字母代號). 2.根據(jù)單擺周期公式，可以通過實驗測量當?shù)氐闹亓铀俣取Ｈ鐖D1所示，將細線的上端固定在鐵架臺上，下端系一小鋼球，就做成了單擺。（1）用游標卡尺測量小鋼球直徑，求數(shù)如圖2所示，讀數(shù)為_mm。 （2）以下是實驗過程中的一些做法，其中正確的有_。a.擺線要選擇細些的、伸縮性小些的，并且盡可能長一些b.擺球盡量選擇質量大些、體積小些的c.為了使擺的周期大一些，以方便測量，開始時拉開擺球，使擺線相距平衡位置有較大的角度d.拉開擺球，使擺線偏離平衡位置大于50，在釋放擺球的同時開始計時，當擺球回到開始位置時停止計時，此時間間隔即為單擺周期te.拉開擺球，使擺線偏離平衡位置不大于50，釋放擺球，當擺球振動穩(wěn)定后，從平衡位置開始計時，記下擺球做50次全振動所用的時間，則單擺周期 3.(2)實驗小組的同學們用如圖3所示的裝置做“用單擺測定重力加速度”的實驗。用l表示單擺的擺長，用t表示單擺的周期，重力加速度g= 。實驗時除用到秒表、刻度尺外，還應該用到下列器材中的 （選填選項前的字母）。a長約1 m的細線 b長約1 m的橡皮繩c直徑約1 cm的均勻鐵球 d直徑約10 cm的均勻木球選擇好器材，將符合實驗要求的單擺懸掛在鐵架臺上，應采用圖 中所示的固定方式。將單擺正確懸掛后進行如下操作，其中正確的是： （選填選項前的字母）。a測出擺線長作為單擺的擺長。b把單擺從平衡位髓拉開一個很小的角度釋放，使之做簡諧運動。c在擺球經(jīng)過平衡位贊時開始計時。d用秒表測量單擺完成1次全振動所用日寸間并作為單擺的周期。甲同學多次改變單擺的擺長并測得相應的周期，他根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出了如圖6所示的圖像，但忘記在圖中標明橫坐標所代表的物理量。你認為橫坐標所代表的物理量是 若圖線斜率為k，則重力加速度g= （用k表示）。乙同學測得的重力加速度數(shù)值大于當?shù)氐闹亓铀俣鹊膶嶋H值，造成這一情況的原因可能是 （選填選項前的序號）。a開始擺動時振幅較小b開始計時時，過早按下秒表c測量周期時，誤將擺球（n一1）次全振動的時間記為n次全振動的時間。丙同學畫出了單擺做簡諧運動時的振動圖像如圖7所示，則擺線偏離豎直方向的雎大擺角的正弦值約為 （結果保留一位有效數(shù)字）。答案 ： （2） ； ac； 5； bc； ； c 0.044在“利用單擺測重力加速度”的實驗中:(1)某同學嘗試用dis測量周期.如圖,用一個磁性小球代替原先的擺球,在單擺下方放置一個磁傳感器,其軸線恰好位于單擺懸掛點正下方.圖中磁傳感器的引出端a應接到_.使單擺做小角度擺動,當磁感應強度測量值最大時,磁性小球位于_.若測得連續(xù)n