物理人教一輪課件實(shí)驗(yàn)13探究單擺的運(yùn)動用單擺測定重力加速度

1、實(shí)驗(yàn)13:探究單擺的運(yùn)動用單擺測定重力加速度,-2-,-3-,知識梳理,-4-,知識梳理,-5-,知識梳理,三、實(shí)驗(yàn)器材 帶有鐵夾的鐵架臺、中心有小孔的金屬小球、不易伸長的細(xì)線(約1米)、停表、刻度尺和游標(biāo)卡尺。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.讓細(xì)線的一端穿過金屬小球的小孔,然后打一個比小孔大一些的線結(jié),做成單擺。 2.把細(xì)線的上端用鐵夾固定在鐵架臺上,把鐵架臺放在實(shí)驗(yàn)桌邊,使鐵夾伸到桌面以外,讓擺球自然下垂,在單擺平衡位置處做上標(biāo)記,如圖。,-6-,知識梳理,3.用刻度尺量出擺線長度l,精確到毫米,用游標(biāo)卡尺測出擺球的直徑,即得出金屬小球半徑r,計(jì)算出擺長l=l+r。 4.把單擺從平衡位置處拉開一個很小

2、的角度(不超過5),然后放開金屬小球,讓金屬小球擺動,待擺動平穩(wěn)后測出單擺完成3050次全振動所用的時間t,計(jì)算出金屬小球完成一次全振動所用時間,-7-,知識梳理,6.改變擺長,重做幾次實(shí)驗(yàn),計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)的重力加速度值,求出它們的平均值,該平均值即為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎怠?7.將測得的重力加速度值與當(dāng)?shù)刂亓铀俣戎迪啾容^,分析產(chǎn)生誤差的可能原因。,-8-,知識梳理,五、注意事項(xiàng) 1.實(shí)驗(yàn)所用的單擺應(yīng)符合理論要求,即線要細(xì)、輕、不易伸長,擺球要體積小、質(zhì)量大(密度大),并且最大偏角不超過5。 2.單擺懸線上端要固定,即用鐵夾夾緊,以免擺球擺動時擺線長度不穩(wěn)定。 3.測量單擺周期時,應(yīng)從擺球經(jīng)過平

3、衡位置(即最低點(diǎn))時開始計(jì)時,以后擺球從同一方向通過平衡位置時進(jìn)行計(jì)數(shù),且在數(shù)“零”的同時按下停表,開始計(jì)時、計(jì)數(shù)。 4.擺動時,要使之保持在同一個運(yùn)動平面內(nèi),不要形成圓錐擺。,-9-,考點(diǎn),-10-,考點(diǎn),(1)用游標(biāo)卡尺測量小鋼球直徑,示數(shù)如圖2所示,讀數(shù)為 mm。,-11-,考點(diǎn),(2)以下是實(shí)驗(yàn)過程中的一些做法,其中正確的有。 a.擺線要選擇細(xì)些的、伸縮性小些的,并且盡可能長一些 b.擺球盡量選擇質(zhì)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不大于5,在釋放擺球的同時開始計(jì)時,當(dāng)擺球回到開始位

4、置時停止計(jì)時,此時間間隔t即為單擺周期T e.拉開擺球,使擺線偏離平衡位置不大于5,釋放擺球,當(dāng)擺球振動穩(wěn)定后,從平衡位置開始計(jì)時,記下擺球做50次全振動所用的時間t,則單擺周期,-12-,考點(diǎn),解析:(1)先從主尺讀出整數(shù)部分刻度為18 mm,然后從游標(biāo)尺讀出小數(shù)部分刻度為0.6 mm,所以小鋼球直徑為18.6 mm。(2)在該實(shí)驗(yàn)中,擺球的擺角不要太大,偏離平衡位置不大于5,c項(xiàng)錯誤。為了盡量減少實(shí)驗(yàn)誤差,擺球應(yīng)該選擇質(zhì)量大、體積小的小球;擺線要選擇質(zhì)量小、不易伸長、長度大一些的細(xì)繩;擺球擺動穩(wěn)定后,從平衡位置開始計(jì)時,擺球兩次經(jīng)過平衡位置為一次全振動。a、b、e三項(xiàng)正確,d項(xiàng)錯誤。 答案

5、:(1)18.6(2)abe,-13-,考點(diǎn),思路引導(dǎo) 游標(biāo)卡尺應(yīng)當(dāng)怎樣讀數(shù)? 單擺的擺角及計(jì)時有何要求?,提示:游標(biāo)卡尺的讀數(shù)l=l0+kn,其中l(wèi)0為主尺的刻度,k為游標(biāo)尺的精確度,n為與主尺對齊的游標(biāo)尺上的刻度線數(shù)。,提示:單擺擺角應(yīng)不大于5,要從擺球經(jīng)過最低點(diǎn)時開始計(jì)時。,-14-,考點(diǎn),規(guī)律總結(jié)用單擺測重力加速度的兩點(diǎn)提醒 (1)該實(shí)驗(yàn)為測量性實(shí)驗(yàn),要從多方面減小誤差:擺球要體積小且密度大;偏角不大于5;測量擺長時,要從懸點(diǎn)到球心;對停表要正確讀數(shù)等。 (2)游標(biāo)卡尺、螺旋測微器都是高中重要的測量儀器,讀數(shù)規(guī)則必須掌握。,-15-,考點(diǎn),拓展訓(xùn)練 某同學(xué)用實(shí)驗(yàn)的方法探究影響單擺周期的

6、因素。 (1)他組裝單擺時,在擺線上端的懸點(diǎn)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() A.保證擺動過程中擺長不變 B.可使周期測量得更加準(zhǔn)確 C.需要改變擺長時便于調(diào)節(jié) D.保證擺球在同一豎直平面內(nèi)擺動,-16-,考點(diǎn),(2)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(diǎn)量到擺球的最低端的長度l=0.999 0 m,再用游標(biāo)卡尺測量擺球直徑,結(jié)果如圖所示,則該擺球的直徑為 mm,單擺擺長為 m。,-17-,考點(diǎn),(3)下列振動圖象真實(shí)地描述了對擺長約為1 m的單擺進(jìn)行周期測量的四種操作過程,圖中橫坐標(biāo)原點(diǎn)表示計(jì)時開始時刻,A、B、C均

7、為30次全振動的圖象,已知sin 5=0.087,sin 15=0.26,這四種操作過程合乎實(shí)驗(yàn)要求且誤差最小的是(),-18-,考點(diǎn),答案:(1)AC(2)11.80.993 1(3)A 解析:(1)橡皮的作用是使擺線擺動過程中懸點(diǎn)位置不變,從而保障擺長一定,同時又便于調(diào)節(jié)擺長,選項(xiàng)A、C說法正確;(2)根據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則可得擺球直徑為d=11 mm+0.1 mm8=11.8 mm,則單擺擺長為 =0.993 1 m(注意統(tǒng)一單位);(3)單擺擺角不超過5,且計(jì)時位置應(yīng)為最低點(diǎn)(即速度最大位置),故選項(xiàng)A的操作符合要求。,-19-,1,2,3,4,5,1.在“用單擺測定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中

8、: (1)圖甲中停表示數(shù)為一單擺振動50次所需時間,則單擺的振動周期為。 (2)用分度值為1 mm的刻度尺測擺長,測量情況如圖乙所示。O為懸掛點(diǎn),從圖中可知單擺的擺長為。,-20-,1,2,3,4,5,(3)若用l表示擺長,T表示周期,那么重力加速度的表達(dá)式為g=。 (4)考慮到單擺振動時空氣浮力的影響后,學(xué)生甲說:“因?yàn)榭諝飧×εc擺球重力方向相反,它對球的作用相當(dāng)于重力加速度變小,因此振動周期變大?！睂W(xué)生乙說:“浮力對擺球的影響好像用一個輕一些的擺球做實(shí)驗(yàn),因此振動周期不變?！边@兩個學(xué)生中。 A.甲說得對B.乙說得對C.都說得不對,-21-,1,2,3,4,5,-22-,1,2,3,4,5,

9、2.用實(shí)驗(yàn)探究單擺的周期與擺長的關(guān)系,為使單擺周期的測量值更精確,測量n次全振動的時間t,n應(yīng)適當(dāng)(選填“大”或“小”)些;改變擺線長,測量多組擺長l和相應(yīng)的振動周期T的數(shù)據(jù),用圖象處理數(shù)據(jù)。要得到線性圖象,應(yīng)選用(選填“T-l”“T-l2”或“T2-l”)圖象。,答案,解析,-23-,1,2,3,4,5,3.如圖,蛇形擺是演示單擺周期與擺長關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置?，F(xiàn)將10個擺球由平衡位置沿x軸正方向移動相同的一小位移,然后同時釋放,擺球整體看上去像舞動的蛇。從左向右,10個擺的振動周期依次(選填“增大”“減小”或“不變”);若擺長最長的擺為秒擺(周期為2 s),則其擺長為 m(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)

10、。,答案,解析,-24-,1,2,3,4,5,4.某實(shí)驗(yàn)小組在進(jìn)行“用單擺測定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中,已知單擺在擺動過程中的擺角小于5,在測量單擺的周期時,從單擺運(yùn)動到最低點(diǎn)開始計(jì)時且計(jì)數(shù)為1,到第n次經(jīng)過最低點(diǎn)所用的時間為t;在測量單擺的擺長時,先用毫米刻度尺測得擺球懸掛后的擺線長(從懸點(diǎn)到擺球的最上端)為l0,再用螺旋測微器測得擺球的直徑為d(讀數(shù)如圖)。 (1)該單擺在擺動過程中的周期表達(dá)式為T=; (2)用上述物理量的符號寫出求重力加速度的一般表達(dá)式g=; (3)從圖可知,擺球的直徑為 mm;,-25-,1,2,3,4,5,(4)(多選)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,某同學(xué)發(fā)現(xiàn)他測得的重力加速度的值總是偏

11、大,其原因可能是下述原因中的() A.單擺的懸點(diǎn)未固定緊,振動中出現(xiàn)松動,使擺線增長了 B.把n次擺動的時間誤記為(n+1)次擺動的時間 C.以擺線長作為擺長來計(jì)算 D.以擺線長與擺球的直徑之和作為擺長來計(jì)算 (5)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中,測量6種不同擺長情況下單擺的振動周期,記錄表格如下: 以l為橫坐標(biāo)、T2為縱坐標(biāo),作出T2-l圖線,并利用此圖線求重力加速度g。,-26-,1,2,3,4,5,-27-,1,2,3,4,5,-28-,1,2,3,4,5,5.(2015北京理綜,21(2)用單擺測定重力加速度的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。 (1)組裝單擺時,應(yīng)在下列器材中選用 (選填選項(xiàng)前的字母)。 A.長度

12、為1 m左右的細(xì)線 B.長度為30 cm左右的細(xì)線 C.直徑為1.8 cm的塑料球 D.直徑為1.8 cm的鐵球 (2)測出懸點(diǎn)O到小球球心的距離(擺長)l及單擺完成n次全振動所用的時間t,則重力加速度g=(用l、n、t表示)。,甲,-29-,1,2,3,4,5,(3)下表是某同學(xué)記錄的3組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并做了部分計(jì)算處理。 請計(jì)算出第3組實(shí)驗(yàn)中的T=s,g=m/s2。,-30-,1,2,3,4,5,(4)用多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出T2-l圖象,也可以求出重力加速度g。已知三位同學(xué)作出的T2-l圖線的示意圖如圖乙中的a、b、c所示,其中a和b平行,b和c都過原點(diǎn),圖線b對應(yīng)的g值最接近當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹?。則相對于圖線b,下列分析正確的是(選填選項(xiàng)前的字母)。 A.出現(xiàn)圖線a的原因可能是誤將懸點(diǎn)到小球下端的距離記為擺長l B.出現(xiàn)圖線c的原因可能是誤將49次全振動記為50次 C.圖線c對應(yīng)的g值小于圖線b對應(yīng)的g值,乙,-31-,1,2,3,4,5,(5)某同學(xué)在家里測重力加速度。他找到細(xì)線和鐵鎖,制成一個單擺,如圖丙