高三物理第一轮复习14-5实验用单摆测重力加速度学案新人教版

-1-第五课时实验：用单摆测定重力加速度【实验目的】1．学会用单摆测重力加速度。2．正确熟练使用秒表。【实验原理】单摆在摆角很小时（θ100），其振动可以看成简谐振动。由单摆周期公式T=gl2，得224Tlg。测得摆长L，和振动周期T,就可以测出当地重力加速度。【实验器材】带孔小钢球一个、线绳一条（约1m长）、毫米刻度尺、秒表、游标卡尺、带铁夹的铁架台。【实验步骤】1．在细线的一端打一个比小球上的孔径稍大些的结，将细线穿过球的小孔，制成一个单摆．如图所示．2．将铁夹固定在铁架台的上端，铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，把摆线的上端固定在铁夹上，使摆球自由下垂．3．测量单摆的摆长1：用游标卡尺测出摆球直径D，再用米尺测出从悬点至小球上端的悬线长1'，摆长l=l’+D/2．4．把单摆从平衡位置拉开一个小角度（不大于l00)，使单摆在竖直平面内摆动，用秒表测量单摆完成全振动30至50次所用的时间，求出完成一次全振动所用的平均时间，这就是单摆的周期T。5．将测出的摆长l和周期T代人公式224Tlg。求出重加口速度g的值。6．变更摆长重做两次，并求出三次所得的g的平均值．知识点一秒表的使用1．认识秒表：秒表有各种规格，它们的构造和使用方法略有不同．一般的秒表有两根针，长针是秒针，每转一圈是30s，短针是分针．2．使用方法：首先要上好发条，它上端的按妞是用来开启和止动秒表的，第一次按压，秒表开始记时；第二次按压，指针停止计时，指示出两次按压之间的时间；第三次按压，两指针返回零刻度处．3．读数：所测时间超过半分钟时，半分钟的整数倍部分由分针读出，不足半分钟的部分由秒针读出，总时间为两针示数之和．注意:因为机械表采用齿轮传动，指针不可能停留在两小格之间，故不能估读出比0.1s更短的时间.秒表不用估读.【应用1】如图所示中秒表的读数是。考点剖析重点突破-2-导示:t=1min+15.2s=75.2s知识点二实验数据的处理方法1．求平均值法在本实脸中要改变摆长，并进行多次测童，以求重力加速度g的平均值．2．图象法本实验除上迷公式法求解外，还可用图象法．由单摆周期公式不难推出：224Tgl,因此，分别测出一系列摆长l对应的周期丁，作l-T2的图象，图象应是一条通过原点的直线，求出图线的抖率k,即可求得g值，如图所示．知识点三实验误差分析1．系统误差主要来源于单摆模型本身声否符合要求．如：悬点是否固定，摆球是否可看做质点，球、线是否符合要求，振动是圆锥摆、摆角是否小于100等等．2．测量误差(1)来自时间（即单摆周期）的测量上从摆球经过平衡位置开始计时；不能多计或漏计振动次数。注意：为减小记时误差，采用倒数计数法，即当摆球经过平衡位置时开始计数，“3，2，1，0，1，2，3……”数“0”时开始计时，数到“60”停止计时，则摆球全振动30次，T=t/30。(2)来自摆长的测量上从悬点到摆球球心间距（等于摆线长加上摆球的半径），多次测量后取平均值。注意：为减小计算误差，不应先算出L和T的平均值再求g，而应先求出每次的g值后再平均。【应用2】某同学在做利用单摆测重力加速度的实验中，先测得摆线长为97.50cm，摆球直径为2.0cm,然后用秒表记录了单摆振50次所用的时间，如图所示，则：（1)该摆摆长为cm，秒表所示读数为s。(2)如果测得g值偏小，可能的原因是（）A．测摆线长时摆线拉得过紧B．摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，使摆线长度增加了C．开始计时时，秒表过迟按下D．实验中误将49次全振动次数记为50次(3)某同学在“用单摆测定重力加速度”的实验中，测量5种不同摆长情况下单摆的振动周期，记录数据如下：试以l为横坐标，T2为纵坐标，作出T2-L图线，并利用此图线求出重力加速度。导示:（1）摆长l=l’+D/2=98.50cm秒表读数为t=1.5min+9.7s=99.7s。(2)由单摆周期公式T=gl2得224Tlg，T=t/n。所以l偏大，g偏大；t偏大，g偏小；n偏大，g偏大，故B正确。-3-(3)由单摆周期公式T=gl2得LgT224，所以T2-l图线是过坐标原点的一条直线，直线料率是gk/42，所以kg/42，作出图象如图所示，求得直线料率k=4.0，所以g=9.86m/s2。1．现给定以下器材：A．闪光照相机；B．秒表；C．电磁式打点计时器；D．交流电源（4V-6V)；E．导线若干；F．纸带；G．复写纸；H．铁架台；I．游标卡尺；J．重物；K．刻度尺；L．直径lcm钢球；M．lm长弹性细线；N．照相底片设计两个测当地重力加速度g的实验方案。方法一：(1)从给定器材中选（填器材前面的字母），作为实验器材；（2)需要测量的物理量是(3)用你测量出的物理量写出重力加速度g的表达式：g方法二：(1)从给定器材中选（填器材前面的字母），作为实验器材；（2)需要测量的物理量是(3)用你测量出的物理量写出重力加速度g的表达式：g2．（江苏省启东市07届第一学期期中测试）某同学在用单摆测定重力加速度的实验中，测量4种不同摆长情况单摆的振动周期，获得4组数据,以T2为纵轴、l为横轴作出的T2—l关系图像如图,根据此图像回答问题：①本实验所使用的测量仪器有_______________．②本试验依据的物理原理____________________．③图线的斜率所表示的物理意义____________________．④当地的重力加速度g值为____________（g值保留三位有效数字）3．在“利用单摆测重力加速度”的实验中（1）以下做法正确的是（）A.测量摆长的方法：用刻度尺量出从悬点到摆球间细线的长B.测量周期时，从小球到达最大位移处开始计时，测出摆球完成一次全振动的时间C.要保证单摆始终在同一竖直面内摆动D.为了便于计时观察，单摆的摆角应尽量大些（2）下表是一同学在实验中测得的数据：组次123456摆长L/m0.5000.6000.7000.8001.0001.200成功体验-4-周期平方T2/s22.102.802.703.204.004.60①上述数据中第组肯定有错误，根据这些数据，在坐标图中作出L—T2图象；②利用图象，求出当地重力加速度值g为m/s2.（保留三位有效数字）4.（06年江苏省淮安中学考前模拟）学过单摆的周期公式以后，物理兴趣小组的同学们对钟摆产生了兴趣，老师建议他们先研究用厚度和质量分布均匀的方木块（如一把米尺）做成的摆（这种摆被称为复摆），如图所示。让其在竖直平面内做小角度摆动，C点为重心，板长为L，周期用T表示。甲同学猜想：复摆的周期应该与板的质量有关。乙同学猜想：复摆的摆长应该是悬点到重心的距离L/2。丙同学猜想：复摆的摆长应该大于L/2。理由是：若OC段看成细线，线栓在C处，C点以下部分的重心离O点的距离显然大于L/2。为了研究以上猜想是否正确，同学们进行了下面的实验探索：(1)把两个相同的木板完全重叠在一起，用透明胶（质量不计）粘好，测量其摆动周期，发现与单个木板摆动时的周期相同，重做多次仍有这样的特点。则证明了甲同学的猜想是_____________的（选填“正确”或“错误”）。(2)用T0表示板长为L的复摆看成摆长为L/2单摆的周期计算值（T0=2gL2/），用T表示板长为L复摆的实际周期测量值。计算与测量的数据如下表：由上表可知，复摆的等效摆长L/2（选填“大于”、“小于”或“等于”）。(3)为了进一步定量研究，同学们用描点作图法对数据进行处理，所选坐标如图。请在坐标纸上作出T-T0图，并根据图象中反映出的规律求出2/LL等=__________（结果保留三位有效数字，其中L等是板长为L时的等板长L/cm255080100120150周期计算值T0/s0.701.001.271.411.551.73周期测量值T/s0.811.161.471.641.802.01-5-效摆长T=2gL等）。参考答案1．方案一：（1）B、H、I、K、L、M（2）摆线长l、摆球直径D、n次全振动时间t、（3）22)/()2/(4ntDlg方案二：（1）C、D、E、F、G、K、（2）测量重物下降的高度h、各对应点的速度v（3）g=Δs/T22．①秒表、米尺、游标卡尺②原理：glT2③gk24④9.86m/s23．（1）C（2）①2②9.84~9.88m/s24．（1）错误（2）大于（3）9/7