【全程复习】(广西专用)2014年高考物理一轮复习 第七章 实验用单摆测定重力加速度课件 新人教版.ppt
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1、实验 用单摆测定重力加速度 1.1.学会用单摆测定重力加速度学会用单摆测定重力加速度2.2.学会熟练使用秒表和游标卡尺学会熟练使用秒表和游标卡尺单摆在摆角很小时的振动是简谐运动单摆在摆角很小时的振动是简谐运动.其周期其周期 变形得变形得 因此,测出摆长因此,测出摆长l和周期和周期T T,就可计算出当地的重力,就可计算出当地的重力加速度加速度g g的值的值.铁架台,中心有孔的小钢球,长约铁架台,中心有孔的小钢球,长约1 1米的细线,秒表、米尺、游米的细线,秒表、米尺、游标卡尺等标卡尺等.一、实验步骤一、实验步骤1.1.做单摆做单摆.选取选取1 m1 m左右的细线,在细线的一端打一个比小球上左右的
2、细线,在细线的一端打一个比小球上孔径稍大些的结,将细线穿过球上的小孔,制成一个单摆孔径稍大些的结,将细线穿过球上的小孔,制成一个单摆2.2.挂单摆挂单摆.将铁夹固定在铁架台上端的横梁上,铁架台放在实验将铁夹固定在铁架台上端的横梁上,铁架台放在实验桌边缘,使铁夹伸到桌面以外,把摆线的上端固定在铁夹上,桌边缘,使铁夹伸到桌面以外,把摆线的上端固定在铁夹上,让摆球自由下垂,在单摆平衡位置处做上标记,如图所示让摆球自由下垂,在单摆平衡位置处做上标记,如图所示3 3测摆长测摆长l.用米尺测出从悬点到小球上端的悬线长用米尺测出从悬点到小球上端的悬线长l,再用游,再用游标卡尺测出小球的直径标卡尺测出小球的直
3、径D D,单摆摆长为,单摆摆长为l=l+【锦囊妙诀锦囊妙诀】若要精度高,秘诀有六招,摆线尽量长,摆角尽量若要精度高,秘诀有六招,摆线尽量长,摆角尽量小,质量尽量大,体积尽量小,次数尽量多,计数要准确。小,质量尽量大,体积尽量小,次数尽量多,计数要准确。4 4测周期测周期T.T.把单摆拉离平衡位置(使摆角小于把单摆拉离平衡位置(使摆角小于1010),然后),然后放手使小球在竖直平面内摆动,用秒表测量单摆完成放手使小球在竖直平面内摆动,用秒表测量单摆完成3030次或次或5050次全振动所用的时间次全振动所用的时间t t,算出完成一次全振动所用的时间,即单,算出完成一次全振动所用的时间,即单摆的周期
4、摆的周期T T5 5变更摆长,多次测量求周期变更摆长,多次测量求周期T T的平均值的平均值二、数据处理二、数据处理方法一:将测出的摆长方法一:将测出的摆长l和周期和周期T T代入代入 计算出重力计算出重力加速度的值,再算出加速度的值,再算出g g的平均值的平均值.方法二:把单摆的周期公式变形为方法二:把单摆的周期公式变形为并以并以T T2 2为纵轴,以为纵轴,以l为横轴建立直角坐标系,为横轴建立直角坐标系,由由 作出的图象为一条过原点的作出的图象为一条过原点的直线,如图所示,斜率直线,如图所示,斜率则则 本实验方法二比方法一更精确本实验方法二比方法一更精确.方法三:实验时若摆球重心不在球心,或
5、没有合适的工具测量方法三:实验时若摆球重心不在球心,或没有合适的工具测量小球半径时,可以用测量悬线长度变化量小球半径时,可以用测量悬线长度变化量LL的方法求解,摆长的方法求解,摆长用用L L1 1+r+r表示(表示(L L1 1表示悬线长度,表示悬线长度,r r未知,表示重心到悬线下端距未知,表示重心到悬线下端距离),通过改变悬线长度为离),通过改变悬线长度为L L2 2,测出两组对应的悬线长,测出两组对应的悬线长l和周和周期期T T,即:,即:1.1.系统误差:主要来自于单摆模型本身是否符合要求,即悬点系统误差:主要来自于单摆模型本身是否符合要求,即悬点是否固定,摆球和摆长是否符合要求,最大
6、摆角是否不超过是否固定,摆球和摆长是否符合要求,最大摆角是否不超过1010,是否在同一竖直平面内摆动等,是否在同一竖直平面内摆动等2.2.偶然误差:(偶然误差:(1 1)主要来自于时间测量,测量时间时要求从摆)主要来自于时间测量,测量时间时要求从摆球通过平衡位置开始计时,在记次数时不能漏记或多记球通过平衡位置开始计时,在记次数时不能漏记或多记.同时应同时应多次测量,再对多次测量结果求平均值多次测量,再对多次测量结果求平均值.(2 2)测长度和摆球直)测长度和摆球直径时,读数也容易产生误差径时,读数也容易产生误差.秒表读数读到秒的十分位即可秒表读数读到秒的十分位即可1.1.选择细线时应选择细、轻
7、而且不易伸长,长度约选择细线时应选择细、轻而且不易伸长,长度约1 1米左右的细米左右的细线,小球应选密度较大、半径较小的金属球线,小球应选密度较大、半径较小的金属球2.2.单摆摆线的上端应夹紧,不能卷在铁夹的杆上,以免造成悬单摆摆线的上端应夹紧,不能卷在铁夹的杆上,以免造成悬点不固定,摆长变化的现象点不固定,摆长变化的现象3 3测量摆长时应注意是悬点到球心的距离,等于摆线长加上小测量摆长时应注意是悬点到球心的距离,等于摆线长加上小球半径球半径.注意摆线长与摆长的区别注意摆线长与摆长的区别4 4要使单摆在竖直平面内摆动,不要形成圆锥摆要使单摆在竖直平面内摆动,不要形成圆锥摆5 5要注意控制摆球的
8、最大摆角不超过要注意控制摆球的最大摆角不超过10106 6计算单摆的振动次数时,应从小球通过最低位置时开始计时,计算单摆的振动次数时,应从小球通过最低位置时开始计时,同方向再次通过最低位置时,计数为同方向再次通过最低位置时,计数为1 1、227 7改变悬线长度多次测量,最后求出改变悬线长度多次测量,最后求出g g的平均值的平均值在用单摆测量重力加速度时,若所用的摆球质量分布不均匀,在用单摆测量重力加速度时,若所用的摆球质量分布不均匀,不能用摆线长加球半径得到单摆的摆长不能用摆线长加球半径得到单摆的摆长.我们采用如下方法解我们采用如下方法解决这个问题:决这个问题:先量得从悬点到摆球顶部处的摆线长
9、为先量得从悬点到摆球顶部处的摆线长为L L1 1,测得振动的周期为,测得振动的周期为T T1 1;改变摆长后,量得从悬点到摆球顶部处的摆线长为;改变摆长后,量得从悬点到摆球顶部处的摆线长为L L2 2,测,测得振动的周期为得振动的周期为T T2 2;则;则 由由两式可求得当地的重力加速度两式可求得当地的重力加速度 实验过程的理解实验过程的理解【例证例证1 1】(20112011福建高考)福建高考)某实验小组在利用单摆测定当某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的实验中:地重力加速度的实验中:(1 1)用游标卡尺测定摆球的)用游标卡尺测定摆球的直径,测量结果如图所示,直径,测量结果如图所示,则该
10、摆球的直径为则该摆球的直径为_cm._cm.(2 2)小组成员在实验过程中有如下说法,其中正确的是)小组成员在实验过程中有如下说法,其中正确的是_._.(填选项前的字母)(填选项前的字母)A.A.把单摆从平衡位置拉开把单摆从平衡位置拉开3030的摆角,并在释放摆球的同时开的摆角,并在释放摆球的同时开始计时始计时B.B.测量摆球通过最低点测量摆球通过最低点100100次的时间次的时间t t,则单摆周期为,则单摆周期为 C.C.用悬线的长度加摆球的直径作为摆长,代入单摆周期公式计用悬线的长度加摆球的直径作为摆长,代入单摆周期公式计算得到的重力加速度值偏大算得到的重力加速度值偏大D.D.选择密度较小
11、的摆球,测得的重力加速度值误差较小选择密度较小的摆球,测得的重力加速度值误差较小【规范解答规范解答】(1 1)游标卡尺的读数)游标卡尺的读数=主尺读数主尺读数+精确度精确度对齐格对齐格数数=9 mm+0.1=9 mm+0.17 mm=9.7 mm=0.97 cm.7 mm=9.7 mm=0.97 cm.(2 2)选)选C.C.单摆的最大摆角不能超过单摆的最大摆角不能超过1010,计时位置也应从摆球,计时位置也应从摆球经过最低点开始,经过最低点开始,A A错错.通过最低点通过最低点100100次的时间为次的时间为5050个周期,所个周期,所以以 B B错错.由于摆长由于摆长l=悬线长悬线长L+L
12、+摆球半径摆球半径r.r.又由又由知,摆长记录偏大后,知,摆长记录偏大后,g g的测量值也偏大,的测量值也偏大,C C对对.摆球密度较小摆球密度较小时,摆球的重力没有远大于其所受的空气阻力,空气阻力不能时,摆球的重力没有远大于其所受的空气阻力,空气阻力不能忽略,实验误差大,忽略,实验误差大,D D错错.答案:答案:(1 1)0.97 0.97 (2 2)C C 实验数据的处理实验数据的处理【例证例证2 2】(20122012黄冈模拟)某同学利用单摆测定当地重力加黄冈模拟)某同学利用单摆测定当地重力加速度速度g g,发现单摆静止时摆球重心在球心的正下方,于是他应用,发现单摆静止时摆球重心在球心的
13、正下方,于是他应用所学的物理知识设计出一个测量重心偏离球心的距离的实验所学的物理知识设计出一个测量重心偏离球心的距离的实验.实实验步骤如下:验步骤如下:A.A.用游标卡尺测出小球的直径用游标卡尺测出小球的直径d d;B.B.将单摆安装好后,用刻度尺测出摆线的长度将单摆安装好后,用刻度尺测出摆线的长度L L;C.C.让单摆在小角度下摆动,用秒表测出单摆完成让单摆在小角度下摆动,用秒表测出单摆完成3030次全振动的次全振动的时间,求出周期时间,求出周期T T;D.D.改变摆线的长度,共测得改变摆线的长度,共测得6 6组组L L的值和对应的周期的值和对应的周期T T,即(,即(L L1 1,T T1
14、 1)、()、(L L2 2,T T2 2)、()、(L L3 3,T T3 3)、()、(L L4 4,T T4 4)、()、(L L5 5,T T5 5)、()、(L L6 6,T T6 6).(1 1)甲同学只用两组数据()甲同学只用两组数据(L L1 1,T T1 1)、()、(L L2 2,T T2 2)和)和d d表示重力表示重力偏离球心的距离偏离球心的距离h h,则该同学求得的,则该同学求得的h=_.h=_.(2 2)乙同学认为甲同学的数据处理方)乙同学认为甲同学的数据处理方法法_(填(填“偶然偶然”或或“系统系统”)误差较大,就利用所得的实验数据画出误差较大,就利用所得的实验数
15、据画出 图线如图所示,其中正确图线如图所示,其中正确的图线应是的图线应是_(填(填“A”A”、“B”B”或或“C”C”),从图中可得出重),从图中可得出重心偏离球心的距离心偏离球心的距离h=_h=_,当地重力加速度,当地重力加速度g=_.g=_.【规范解答规范解答】(1 1)根据单摆周期公式得:)根据单摆周期公式得:解得解得(2 2)根据单摆周期公式)根据单摆周期公式 从解析式可得正确的是从解析式可得正确的是A A图线,因为多次测量只能减小偶然误图线,因为多次测量只能减小偶然误差,系统误差不能通过多次测量来减小,所以应填偶然误差差,系统误差不能通过多次测量来减小,所以应填偶然误差.通过比较系数
16、得:通过比较系数得:答案:答案:(1 1)(2 2)偶然)偶然 A b cmA b cm1.1.在做在做“用单摆测定重力加速度用单摆测定重力加速度”的实验中,以下对实验的几的实验中,以下对实验的几点建议中,有利于提高测量结果精确度的是(点建议中,有利于提高测量结果精确度的是()A.A.实验中适当加长摆线实验中适当加长摆线B.B.单摆偏离平衡位置的角度不能太大单摆偏离平衡位置的角度不能太大C.C.当单摆经过最高点时开始计时当单摆经过最高点时开始计时D.D.测量多组周期测量多组周期T T和摆长和摆长l,作,作l-T-T2 2关系图象来处理数据关系图象来处理数据【解析解析】选选A A、B B、D.D
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