2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí)-5-實(shí)驗(yàn)(一)用單擺測(cè)定重力加速度實(shí)驗(yàn)全程課件-新人教版選修3-42

第一頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第一頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．明確用單擺測(cè)定重力加速度的原理和方法．2．學(xué)會(huì)用單擺測(cè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，學(xué)會(huì)減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法．3．知道如何選擇實(shí)驗(yàn)器材，能熟練地使用秒表．第二頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第二頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。實(shí)驗(yàn)原理物理學(xué)中的單擺是在一根細(xì)線的一端系一小球，另一端固定于懸點(diǎn)，若細(xì)線的伸長(zhǎng)和質(zhì)量可忽略，且小球的直徑遠(yuǎn)小于線長(zhǎng)，這樣的裝置稱為單擺．單擺在偏角很小(不超過(guò)10°)時(shí)，可看成是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)， 由此可得 據(jù)此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得擺長(zhǎng)l和周期t，即可計(jì)算得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊闹担?/p>

第三頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第三頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。由于一般單擺的周期都不是太長(zhǎng)，擺長(zhǎng)在1m左右的單擺，其周期大約2s，依靠人為操作的秒表來(lái)測(cè)量單擺振動(dòng)一個(gè)周期的時(shí)間，其誤差必然較大，所以，我們不是測(cè)量單擺振動(dòng)一個(gè)周期的時(shí)間，而是測(cè)量幾十個(gè)周期的總時(shí)間，再來(lái)利用平均值確定一個(gè)周期的時(shí)間，從而減小由于人為操作而產(chǎn)生的誤差．第四頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第四頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)和鐵夾，金屬小球(球上有一通過(guò)球心的小孔)，秒表，細(xì)線(長(zhǎng)約1m)，刻度尺(最小刻度為mm)．第五頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第五頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。實(shí)驗(yàn)步驟1．讓細(xì)線穿過(guò)球上的小孔，在細(xì)線一端打一個(gè)稍大些的線結(jié)，制成一個(gè)單擺．2．將小鐵夾固定在鐵架臺(tái)的上端，將鐵架臺(tái)放在實(shí)驗(yàn)桌邊，使鐵夾伸出桌面之外，然后將單擺的上端固定在鐵架臺(tái)的上端，使擺球自然下垂，在實(shí)驗(yàn)桌邊緣正對(duì)擺球(或擺線)處做上記號(hào)，如圖所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)以擺球通過(guò)此標(biāo)志為準(zhǔn)．第六頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第六頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。3．用刻度尺測(cè)量單擺的擺長(zhǎng)(擺線靜止時(shí)從懸點(diǎn)到球心的距離)．4．將單擺從平衡位置拉開(kāi)一小角度，再釋放小球，當(dāng)小球擺動(dòng)穩(wěn)定后，過(guò)最低位置(即標(biāo)志處)時(shí)，用秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)，測(cè)量單擺全振動(dòng)30次(或50次)的時(shí)間，求出單擺一次全振動(dòng)的時(shí)間，即單擺振動(dòng)的周期．5．改變擺長(zhǎng)，反復(fù)測(cè)量3次，算出周期t及測(cè)出的擺長(zhǎng)l，將每次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入實(shí)驗(yàn)記錄表格中．第七頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第七頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。數(shù)據(jù)處理1．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)次數(shù)擺線擺球直振動(dòng)振動(dòng)時(shí)周期長(zhǎng)l(m)徑d(m)次數(shù)n間t(s)t＝t123第八頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第八頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。2.方法一(公式法)：將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入公式g＝求出每次重力加速度的值，然后求g的平均值，即為本地的重力加速度．方法二(圖象法)：利用實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行t2－l圖象處理，從單擺的周期公式t＝ 知道，當(dāng)當(dāng)重力加速度g一定時(shí)，單擺的擺動(dòng)周期t2跟擺長(zhǎng)l成正比，將實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，即算出t2，將其數(shù)據(jù)點(diǎn)描繪到t2－l圖象中去，則能通過(guò)圖象的斜率求出重力加速度的值．第九頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第九頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。3．將測(cè)得的重力加速度與當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊臄?shù)值進(jìn)行比較，分析產(chǎn)生誤差的可能原因．

第十頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第十頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。注意事項(xiàng)1．選擇材料時(shí)應(yīng)選擇細(xì)而不易伸長(zhǎng)的線，長(zhǎng)度一般不應(yīng)短于1m，小球應(yīng)選密度較大的金屬球，直徑應(yīng)較小，一般不超過(guò)2cm.2．單擺懸線的上端不可隨意卷在鐵夾的桿上，應(yīng)夾緊在鐵夾中，以免擺動(dòng)發(fā)生擺線下滑，擺長(zhǎng)改變．3．注意擺動(dòng)時(shí)控制擺線偏離豎直方向不超過(guò)10°.4．?dāng)[球擺動(dòng)時(shí)，要使之保持在同一豎直面內(nèi)，不要形成圓錐擺，檢查擺是否在同一個(gè)平面內(nèi)應(yīng)從側(cè)面觀察擺的擺動(dòng)情況．第十一頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第十一頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。5．計(jì)算單擺的振動(dòng)次數(shù)時(shí)，應(yīng)以擺球通過(guò)最低位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，以后擺球應(yīng)從同一方向通過(guò)做有標(biāo)志的最低點(diǎn)時(shí)計(jì)數(shù)，并且采用倒數(shù)到0開(kāi)始記時(shí)計(jì)數(shù)的方法，即…4、3、2、1、0，在數(shù)到“0”時(shí)同時(shí)按下秒表開(kāi)始記時(shí)計(jì)數(shù)．6．要測(cè)出30到50次全振動(dòng)的時(shí)間，取平均值的辦法求周期.第十二頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第十二頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定玻璃折射率．實(shí)驗(yàn)器材玻璃磚，白紙，大頭針，量角器，圓規(guī)，三角板，圖釘．實(shí)驗(yàn)原理如圖所示．第十三頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第十三頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。用插針?lè)ㄕ页雠c入射光線ao對(duì)應(yīng)的出射光線o′b，確定出o′點(diǎn)，畫(huà)出折射光線oo′，然后測(cè)量出角θ1和θ2的度數(shù)，根據(jù)n＝ 計(jì)算出玻璃的折射率．第十四頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第十四頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。實(shí)驗(yàn)步驟1．用圖釘把白紙固定在木板上．2．在白紙上畫(huà)一條直線aa′，并取aa′上的一點(diǎn)o為入射點(diǎn)，作過(guò)o的法線mn.3．畫(huà)出線段ao作為入射線，并在ao上插上p1、p2兩根大頭針．4．在白紙上放上玻璃磚，使其中一個(gè)長(zhǎng)邊與直線aa′對(duì)齊，并畫(huà)出另一條對(duì)齊線bb′.5．通過(guò)玻璃磚觀察并調(diào)整視線方向，使p1的像被p2擋住，然后在觀察一側(cè)插上大頭針p3，使p3擋住p2、p1的像，再插上p4擋住p3和p2、p1的像．第十五頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第十五頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。6．移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針p3、p4的針孔位置確定出射光線o′b及出射點(diǎn)o′，連接o、o′得線段oo′.7．用量角器測(cè)量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.8．改變?nèi)肷浣?，重?fù)實(shí)驗(yàn)，算出不同入射角時(shí)的，并取平均值．第十六頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第十六頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。數(shù)據(jù)處理1．作sinθ1－sinθ2圖象：改變不同的入射角θ1，測(cè)出不同的折射角θ2，作sinθ1－sinθ2圖象，由n＝ 可知圖象應(yīng)為直線，如圖所示，其斜率為折射率．第十七頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第十七頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。2．“單位圓法”確定sinθ1、sinθ2，計(jì)算折射率n.以入射點(diǎn)o為圓心，以一定長(zhǎng)度r為半徑畫(huà)圓，交入射光線oa于e點(diǎn)，交折射光線oo′于e′點(diǎn)，過(guò)e作nn′的垂線eh.過(guò)e′作nn′的垂線e′h′.如圖所示，

oe＝oe′＝r，則n

.只要用刻度尺測(cè)出eh、e′h′的長(zhǎng)度就可以求出n.第十八頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第十八頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。注意事項(xiàng)1．玻璃磚應(yīng)選用厚度、寬度較大的．2．大頭針要插得豎直，且間隔要大些．3．入射角不宜過(guò)大或過(guò)小，一般在15°～75°之間．4．玻璃磚的折射面要畫(huà)準(zhǔn)，不能用玻璃磚界面代替直尺畫(huà)界線．5．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚和白紙的相對(duì)位置不能改變.第十九頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第十九頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件．2．觀察雙縫干涉圖樣．3．測(cè)定單色光的波長(zhǎng)．第二十頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第二十頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。實(shí)驗(yàn)原理單色光通過(guò)單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮(暗)紋間距Δx與雙縫間距d、雙縫到屏的距離l、單色光的波長(zhǎng)λ之間滿足λ＝d·Δx/l.實(shí)驗(yàn)器材雙縫干涉儀一套，米尺，測(cè)量頭．實(shí)驗(yàn)步驟1．如下圖所示，把直徑約10cm、長(zhǎng)約1m的遮光筒水平放在光具座上，遮光筒的一端裝有雙縫，另一端裝有毛玻璃屏．第二十一頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第二十一頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。2．接好光源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)光源的高度，使它發(fā)出的光束能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮．3．安裝單縫和雙縫，單縫和雙縫間距離約為5cm～10cm，使縫相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上，這時(shí)在屏上就會(huì)看到白光的雙縫干涉圖樣．4．在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的雙縫干涉圖樣．5．分別改變?yōu)V光片和雙縫，觀察干涉圖樣的變化．第二十二頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第二十二頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。6．已知雙縫間的距離d，測(cè)出雙縫到屏的距離l，用測(cè)量頭測(cè)出相鄰兩條亮(或暗)紋間的距離Δx，由λ＝計(jì)算單色光的波長(zhǎng)．7．換用不同顏色的濾光片，觀察干涉條紋間距的變化，并求出相應(yīng)色光的波長(zhǎng)．第二十三頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第二十三頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。命題規(guī)律考查用單擺測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)原理、步驟、誤差分析．第二十四頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第二十四頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。[考例1](2008·天津)某同學(xué)利用單擺測(cè)定當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋l(fā)現(xiàn)單擺靜止時(shí)擺球重心在球心的正下方，他仍將從懸點(diǎn)到球心的距離當(dāng)作擺長(zhǎng)l，通過(guò)改變擺線的長(zhǎng)度，測(cè)得6組l和對(duì)應(yīng)的周期t，畫(huà)出l－t2圖線，然后在圖線上選取a、b兩個(gè)點(diǎn)，坐標(biāo)如圖所示．他采用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法，則計(jì)算重力加速度的表達(dá)式應(yīng)為g＝______.請(qǐng)你判斷該同學(xué)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與擺球重心就在球心處的情況相比，將______．(填“偏大”、“偏小”或“相同”)第二十五頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第二十五頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。第二十六頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第二十六頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。[解析]

設(shè)a、b兩情況的擺線長(zhǎng)為la和lb，球心到重心的距離為l′，所以a、b兩情況的實(shí)際擺長(zhǎng)分為la＋l′和lb＋l′，根據(jù)周期公式t＝2π得l＝，則la＋l′＝， ①lb＋l′＝ ， ②第二十七頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第二十七頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。

從式子中可以看出，最終的結(jié)果與重心的位置無(wú)關(guān)，所以不影響g值的測(cè)量．第二十八頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第二十八頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。在做“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用擺長(zhǎng)l和周期t計(jì)算重力加速度的公式是g＝________.如果已知擺球直徑為2.00cm，用刻度尺的零刻度線對(duì)準(zhǔn)擺線的懸點(diǎn)，擺線豎直下垂，如圖甲所示，那么單擺擺長(zhǎng)是________．如果測(cè)定了40次全振動(dòng)的時(shí)間如圖乙中秒表所示，那么秒表讀數(shù)是________s．單擺的擺動(dòng)周期是________s.第二十九頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第二十九頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。第三十頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第三十頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。[解析]

這是一道考查學(xué)生觀察能力和刻度尺及秒表的讀數(shù)方法的考題．關(guān)于秒表的讀數(shù)問(wèn)題，高考題中不只一次出現(xiàn)過(guò)，但是學(xué)生仍不會(huì)讀，主要原因是不清楚分針(短針)和秒針(長(zhǎng)針)之間的關(guān)系．因此此題仍具有較強(qiáng)的考查功能．單擺的擺長(zhǎng)應(yīng)等于測(cè)量值88.40cm減去擺球的半徑1.00cm，得到87.40cm.第三十一頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第三十一頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。命題規(guī)律根據(jù)測(cè)定玻璃的折射率的原理和步驟，判斷測(cè)量方法是否正確或分析實(shí)驗(yàn)誤差．[考例2]一塊玻璃磚有兩個(gè)相互平行的表面，其中一個(gè)表面是鍍銀的(光線不能通過(guò)此表面)．現(xiàn)要測(cè)定此玻璃的折射率．給定的器材還有：白紙、鉛筆、大頭針4枚(p1、p2、p3、p4)、帶有刻度的直角三角板、量角器．第三十二頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第三十二頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將玻璃磚放到白紙上，使上述兩個(gè)相互平行的表面與紙面垂直．在紙上畫(huà)出直線aa′和bb′，aa′表示鍍銀的玻璃表面，bb′表示另一表面，如圖所示．然后，在白紙上豎直插上兩枚大頭針p1、p2(位置如圖)．用p1、p2的連線表示入射光線．(1)為了測(cè)量折射率，應(yīng)如何正確使用大頭針p3、p4？________.(試在題圖中標(biāo)出p3、p4的位置)(2)然后，移去玻璃磚與大頭針．試在題圖中通過(guò)作圖的方法標(biāo)出光線從空氣到玻璃中的入射角θ1與折射角θ2.簡(jiǎn)要寫(xiě)出作圖步驟．(3)寫(xiě)出用θ1、θ2表示的折射率公式為n＝________.第三十三頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第三十三頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。[解析]

(1)在bb′一側(cè)觀察p1、p2(經(jīng)bb′折射，aa′反射，再經(jīng)bb′折射后)的像，在適當(dāng)?shù)奈恢貌迳蟨3，使得p3與p1、p2的像在一條直線上，即讓p3擋住p1、p2的像；再插上p4，讓它擋住p2(或p1)的像和p3.p3、p4的位置如圖所示．第三十四頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第三十四頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。(2)①過(guò)p1、p2作直線與bb′交于o；②過(guò)p3、p4作直線與bb′交于o′；③利用刻度尺找到oo′的中點(diǎn)m；④過(guò)o點(diǎn)作bb′的垂線cd，過(guò)m點(diǎn)作bb′的垂線與aa′相交與n，如圖所示，連接on.⑤∠p1od＝θ1，∠con＝θ2.(3)由(2)知n＝.[答案]

(1)詳見(jiàn)解析(2)詳見(jiàn)解析(3)第三十五頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第三十五頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。在利用插針?lè)y(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中：(1)甲同學(xué)在紙上正確畫(huà)出玻璃磚的兩個(gè)界面aa′和bb′后，不小心碰了玻璃磚使它向aa′方向平移了少許，如圖甲所示，則他測(cè)出的折射率將________；(2)乙同學(xué)在畫(huà)界面時(shí)，不小心將兩界面aa′、bb′間距畫(huà)得比玻璃磚寬度大些，如圖乙所示，則他測(cè)得折射率________．(選填“偏大”“偏小”或“不變”)第三十六頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第三十六頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。[解析]

(1)如圖a所示，甲同學(xué)測(cè)得的入射角和折射角都沒(méi)有受到影響，因此測(cè)得的折射率將不變．(2)如圖b所示，乙同學(xué)測(cè)得的入射角不受影響，但測(cè)得的折射角比真實(shí)值偏大，因此測(cè)得的折射率偏小．[答案]

(1)不變(2)偏小第三十七頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第三十七頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。命題規(guī)律由雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)Δx＝

λ，計(jì)算波長(zhǎng)．[考例3]利用圖中裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時(shí)，有下面幾種說(shuō)法：a．將屏移近雙縫，干涉條紋間距變窄b．將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬c．將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后，干涉條紋間距變寬第三十八頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第三十八頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分。d．換一個(gè)兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距變窄e．去掉濾光片后，干涉現(xiàn)象消失其中正確的是：________________.[解析]

由條紋間距公式Δx＝

，d指雙縫間距，l指雙縫到屏的距離，由此可知：a項(xiàng)中l(wèi)減小，Δx減小；b項(xiàng)中λ變大，Δx變大；d項(xiàng)中d變大，Δx變?。蔭、b、d正確．[答案]

abd第三十九頁(yè)，編輯于星期一：十三點(diǎn)四十九分。第三十九頁(yè)，編輯于星期四：二十點(diǎn)二十九分?，F(xiàn)有毛玻璃屏a、雙縫b、白光光源c、單縫d和透紅光的濾光片e等光學(xué)元件，要把它們放在圖(1)所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，