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1、高一物理實(shí)驗(yàn)教案用單擺測(cè)定重力加速度實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)用單擺測(cè)定當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋_熟練使用秒表。實(shí)驗(yàn)器材球心開(kāi)有小孔的小金屬球長(zhǎng)度大于1米的細(xì)尼龍線(xiàn)鐵夾鐵架臺(tái)游標(biāo)卡尺米尺秒表實(shí)驗(yàn)原理圖1根據(jù)單擺周期公式T=2,得:g=。據(jù)此,只要測(cè)得擺長(zhǎng)和周期即可算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭。實(shí)驗(yàn)步驟1、用細(xì)線(xiàn)拴好小球,懸掛在鐵架臺(tái)上,使擺線(xiàn)自由下垂,如圖1。注意:線(xiàn)要細(xì)且不易伸長(zhǎng),球要用密度大且直徑小的金屬球,以減小空氣阻力影響。擺線(xiàn)上端的懸點(diǎn)要固定不變,以防擺長(zhǎng)改變。2、用米尺和游標(biāo)卡尺測(cè)出單擺擺長(zhǎng)。注意:擺長(zhǎng)應(yīng)為懸點(diǎn)到球心的距離,即l=L+D/2;其中L為懸點(diǎn)到球面的擺線(xiàn)長(zhǎng),D為球的直徑。3、用秒表測(cè)出擺球擺動(dòng)3
2、0次的時(shí)間t,算出周期T。注意:為減小記時(shí)誤差,采用倒數(shù)計(jì)數(shù)法,即當(dāng)擺球經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù),“3,2,1,0,1,2,3”數(shù)“0”時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),數(shù)到“60”停止計(jì)時(shí),則擺球全振動(dòng)30次,T=t/30。計(jì)時(shí)從平衡位置開(kāi)始是因?yàn)榇颂帞[球的速度最大,人在判定它經(jīng)過(guò)此位置的時(shí)刻,產(chǎn)生的計(jì)時(shí)誤差較小。為減小系統(tǒng)誤差,擺角a應(yīng)不大于10°,這可以用量角器粗測(cè)。4、重復(fù)上述步驟,將每次對(duì)應(yīng)的擺長(zhǎng)l、周期T填于表中,按公式T=2算出每次g,然后求平均值。實(shí)驗(yàn)記錄物理量次 擺長(zhǎng)l(米) 振動(dòng)次數(shù)n(次) N次歷時(shí)t(秒) 周期T(秒) g=42l/T2(米/秒2 )g(米/秒2) 當(dāng)?shù)豨 1 2 3
3、 注意:(1)為減小計(jì)算誤差,不應(yīng)先算T的平均值再求g,而應(yīng)先求出每次的g值再平均。(2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中:易混淆的是:擺通過(guò)平衡位置的次數(shù)與全振動(dòng)的次數(shù)。易錯(cuò)的是:圖象法求g值,gk而是g=42/k;T=t/n和T=t/(n-1)也經(jīng)常錯(cuò)用,(前者是擺經(jīng)平衡位置數(shù)“0”開(kāi)始計(jì)時(shí),后者是數(shù)“1”開(kāi)始計(jì)時(shí))。易忘的是:漏加或多加小球半徑,懸點(diǎn)未固定;忘了多測(cè)幾次,g取平均值。實(shí)驗(yàn)結(jié)論從表中計(jì)算的g看,與查得的當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)g值近似相等,其有效數(shù)字至少3位。實(shí)驗(yàn)變通變通(1):變器材,用教學(xué)樓陽(yáng)臺(tái)代替鐵架臺(tái),用數(shù)米長(zhǎng)的尼龍細(xì)線(xiàn)拴好的小掛鎖代替擺球,用米尺只測(cè)量擺線(xiàn)的一段長(zhǎng)度,用秒表測(cè)量周期T仍能測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓?/p>
4、速度,其簡(jiǎn)要方法如下:如下圖所示,設(shè)陽(yáng)臺(tái)上的懸點(diǎn)為O,掛鎖的重心為O在擺長(zhǎng)上離掛鎖附近作一紅色標(biāo)記M,用米尺量OM=L1,而MO=L2,不必測(cè)量,則:T12=42(L1+L2)/g在懸點(diǎn)處放松(或收起)一段線(xiàn),再量OM=L2,MO=L0不變,則T2=42(L2+L0)/g由式得:g=42(L2+L1)/(T12-T22)(其中T1、T2測(cè)量方法同上述方法)此實(shí)驗(yàn)也可以用T2-l圖象法去求。變通(2):變器材,變對(duì)象,在地球表面借助電視機(jī),依據(jù)周期公式,用機(jī)械手表測(cè)月球表面自由落體的加速度g月。有一位物理學(xué)家通過(guò)電視機(jī)觀看宇航員登月球的情況,他發(fā)現(xiàn)在登月密封艙內(nèi)懸掛著一個(gè)重物在那里微微擺動(dòng),其懸
5、繩長(zhǎng)跟宇航員的身高相仿,于是他看了看自己的手表,記下了一段時(shí)間t內(nèi)重物經(jīng)最低點(diǎn)的次數(shù),就算出了g月,已知他記下重物由第一次經(jīng)最低點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí)數(shù)到n=30次的時(shí)間t為1分12.5秒,并估計(jì)繩長(zhǎng)約等于宇航員身高。由T=t/(n-1)/2和T=2計(jì)算出了g月。練習(xí)(1)手表的秒針、分針和時(shí)針的角速度之比1:2:3=?。 (2)一位同學(xué)用單擺做測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn),他將擺掛起后,進(jìn)行了如下存在遺漏或錯(cuò)誤的步驟,請(qǐng)指出這些步驟的字母并改正。測(cè)擺長(zhǎng)l,用米尺量出擺線(xiàn)的長(zhǎng)度L。 測(cè)周期T:將擺線(xiàn)拉起,然后放開(kāi),在擺球某次通過(guò)最低點(diǎn)時(shí),按下秒表開(kāi)始計(jì)時(shí),同時(shí)將此次通過(guò)最低點(diǎn)作為第一次,接著一直數(shù)到第60次通過(guò)最
6、低點(diǎn)時(shí),按秒表停止計(jì)時(shí),讀出這段時(shí)間t,算出T=t/60。 將所測(cè)得的l和T代入T=2算出g作為實(shí)驗(yàn)的最后結(jié)果寫(xiě)入實(shí)驗(yàn)報(bào)告中去。 (3)如下圖所示,某同學(xué)用單擺測(cè)重力加速度時(shí),將一根麻繩系住一個(gè)直徑約為4厘米的木質(zhì)圓球,上端纏繞在水平放置的較粗的圓棒上,當(dāng)木球懸掛靜止時(shí),用米尺測(cè)得繩上懸點(diǎn)到球皮的距離約為10厘米,此后,將木球沿與圓棒垂直的方向拉至A處,使擺線(xiàn)與鉛直方向的夾角為60°,釋放小球開(kāi)始計(jì)時(shí),待木球第一次到達(dá)另一邊的最高點(diǎn)時(shí),停止秒表,他將這段時(shí)間作為T(mén),然后將所測(cè)得的l、T代入T=2中求出g值,請(qǐng)指出這位同學(xué)的操作錯(cuò)誤之處。附:秒表構(gòu)造:1、外殼按鈕:使指針啟動(dòng)、停止和回
7、零,如下圖所示。 2、表盤(pán)刻度:秒針指示大圓周的刻度,其最小分度值常見(jiàn)為0.1秒、0.2秒或0.5秒;秒鐘轉(zhuǎn)一周歷時(shí)30秒;分針指示小圓周的刻度,其最小分度值常見(jiàn)為0.1分或0.5分,分針轉(zhuǎn)一周歷時(shí)15分。 秒表的工作原理:機(jī)械秒表靠發(fā)條轉(zhuǎn)動(dòng)力矩通過(guò)內(nèi)部齒輪驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)擺動(dòng)的秒針和分針,即將發(fā)條的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,使指針擺動(dòng)。秒表的讀數(shù):不足30秒即秒針轉(zhuǎn)不到一周時(shí),直接讀大圓周上秒針?biāo)傅暮隗w分度值,因?yàn)榇髨A周上有紅、黑兩種字體,黑字0 30,紅字0 60,意思是秒針轉(zhuǎn)兩周才60秒;同理分析所指的小圓周上也有兩種字體,黑字0 15,紅字0 30,分針轉(zhuǎn)兩周才30分;通常是分針讀紅字,秒針讀紅字,分針讀黑字,秒針讀黑字,記時(shí)為兩個(gè)示數(shù)之和。秒表的使用方法:A按鈕開(kāi)始記時(shí),分針、秒針都啟動(dòng)。B按鈕停止記時(shí),分針、秒針都
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