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《2020_2021学年高中物理第一章机械振动5学生实验：用单摆测定重力加速度课件教科版选修3_4202103252235.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、5.学生实验:用单摆测定重力加速度实验必备·自主学习一、实验目的1.利用单摆测定当地的重力加速度。2.掌握停表的使用和读数。二、实验原理1.重力加速度的确定:由单摆公式T=2π得g=,实验时测出摆长l和周期T,代入公式就可以求出当地的重力加速度。2.停表的使用和读数:停表的读数等于内侧分针的读数与外侧秒针的读数之和。注意:(1)当内侧分针没有超过半格时,外侧秒针读小于30的数字;超过半格时,外侧秒针读大于30的数字。(2)机械式停表只能精确到0.1s,读数时不需估读。三、实验器材有小孔的摆球两个、长约1m的细线一条、带铁夹的铁架台、米尺、停表、游标卡尺。实验过程·合作学习【实验过程】一、实验步
2、骤1.做单摆:将细线的一端穿过摆球的小孔,并打一个比小孔大的线结。然后把线的另一端用铁夹固定于铁架台上,在平衡位置处做上标记,如图所示。2.测摆长:用米尺测出摆线长度l′,用游标卡尺测量出摆球的直径d,则单摆的摆长l=l′+。3.测周期:将单摆从平衡位置拉开一个小于5°的角,然后释放摆球,当单摆振动稳定后,经过平衡位置时开始用秒表计时,数出以后摆球通过平衡位置的次数n,用停表记下所用时间t,则周期T=。4.变摆长:将单摆的摆长变短(或变长),重复实验三次,测出相应的摆长l和周期T。二、数据处理1.平均值法:每改变一次摆长,将相应的l和T代入公式g=中求出g值,最后求出g的平均值。设计如表所示实
3、验表格2.图像法:由T=2π得T2=l,作出T2-l图像,即以T2为纵轴,以l为横轴,其斜率k=,由图像的斜率即可求出重力加速度g。【误差分析】1.测摆长l时只测量出细线长,没有加上小球的半径,使得所测摆长偏小,g的测量值偏小。2.测摆动周期时,将N次全振动误记为N+1次全振动,使所测周期偏小,g的测量值偏大。3.实验时,摆角远大于5°,使得摆动实际周期与2π有偏差。注意事项1.实验时,摆线长度要远大于摆球直径,且摆线无明显伸缩性,另外摆球要选取密度大且质量分布均匀的钢球。2.单摆摆球应在竖直平面内摆动,且摆角应小于5°。3.测摆长l时,应为悬点到球重心的距离,球质量分布均匀时等于摆线长加上小
4、球半径。4.应从摆球经过平衡位置时开始计时,以摆球从同一方向通过平衡位置时计数。5.适当增加全振动的测量次数,以减小测量周期的误差,一般30次～50次即可。实验研析·创新学习类型一 实验原理与误差的分析【典例1】(2020·德阳高二检测)在“用单摆测定重力加速度”的实验中:(1)小博同学制作了如图所示的甲、乙、丙三个单摆,你认为他应选用________图来做实验。(2)实验过程小博同学分别用了图a、b的两种不同方式悬挂小球,你认为________(选填“a”或“b”)悬挂方式较好。(3)某同学用秒表测得单摆完成40次全振动的时间如图丁所示,则单摆的周期为________s。(4)若单摆在任意摆
5、角θ时的周期公式可近似为T=T0[1+asin2],式中T0为摆角趋近于0°时的周期,a为常数;为了用图像法验证该关系式,需要测量的物理量有____________;某同学在实验中得到了如图戊所示的图线,则图线的斜率表示______________。【解析】(1)单摆在摆动过程中,阻力要尽量小甚至忽略不计,所以摆球选铁球;悬线要细、无弹性,摆长不能过小,一般取1m左右的细线。故选乙;(2)如果选a装置,摆动过程中,摆长在不断变化,无法准确测量,故选b装置;(3)由图丁可知,单摆完成40次全振动的时间是75.6s,所以单摆的周期为:T=s=1.89s;(4)根据T=T0[1+asin2]可知,需
6、要测量的物理量有T(或t、n)、θ,由T=T0[1+asin2]得,sin2=()T-,所以图线的斜率为。答案:(1)乙(2)b(3)1.89(4)T(或t、n)、θ类型二 实验操作与数据处理【典例2】某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的实验中,(1)用游标卡尺测定摆球的直径,测量结果如图所示,则该摆球的直径为________cm。(2)测得摆线长为89.2cm,然后用秒表记录了单摆振动30次全振动所用的时间如图甲中秒表所示,则:该单摆的摆长为________cm,秒表所示读数为________s。(3)为了提高实验精度,在实验中可改变几次摆长l,测出相应的周期T,从而得出一组对应的l与T
7、的数值,再以l为横坐标,T2为纵坐标,将所得数据连成直线如图乙所示,则测得的重力加速度g=________m/s2。(π取3.14,计算结果保留三位有效数字)【解析】(1)主尺示数为9mm,游标尺示数为0.1×7mm=0.7mm,故小球的直径为9.7mm,即0.97cm。(2)单摆摆长为绳长加小球半径,因此摆长为89.2cm+0.485cm=89.685cm;秒表不需要估读,由图可知示数为57.0
