《步步高2016年高考物理人教版一轮复习《第十二章 机械振动 机械波 光》 实验十三-探究单摆的摆长与周期的关系》由会员分享，可在线阅读，更多相关《步步高2016年高考物理人教版一轮复习《第十二章 机械振动 机械波 光》 实验十三-探究单摆的摆长与周期的关系（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十二章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 实验 十三 探究单摆的摆长与周期的关系 考纲解读 考 点 一 考 点 二 基本实验要求 规律方法总结 考 点三 考纲解读 基本实验要求 1实验原理 当偏角很小时，单摆做简谐运动，其运动周期为 ，它与偏角的大小及摆球的质量无关，由此得到 要测出摆长 ，就可以求出当地的重力加速度 T 2 g 42 实验演示 基本实验要求 2实验器材 带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球，不易伸长的细线 ( 约 1米 )、秒表、毫米刻度尺和游标卡尺 3实验步骤 (1)让细线的一端穿过金属小球的小孔，然后打一个比小孔大一些的 线结，做成单摆 (2)把细线的上端用铁夹固
2、定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边， 使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂，在单摆平衡位臵处作上 标记，如实验原理图所示 (3)用毫米刻度尺量出摆线长度 l，用游标卡尺测出摆球的直径，即 得出金属小球半径 r，计算出摆长 l l r. 基本实验要求 ( 4 ) 把单摆从平衡位臵处拉开一个很小的角度 ( 不超过 5 ) ， 然后放开金属小球 ， 让金属小球摆动 ， 待摆动平稳后测出单摆完成 30 50 次全振动所用的时间 t ， 计算出金属小球完成一次全振动所用时间 ， 这个时间就是单摆的振动周期 ， 即 T N 为全振动的次数 ) ，反复测 3 次 ， 再算出周期 T 基本实验要求 (5) 根据
3、单摆周期公式 T 2 计算当地的重力加速度 g 42 (6) 改变摆长，重做几次实验，计算出每次实验的重力加速度值，求出它们的平均值，该平均值即为当地的重力加速度值 (7) 将测得的重力加速度值与当地的重力加速度值相比较，分析产生误差的可能原因 g 规律方法总结 1注意事项 (1)构成单摆的条件：细线的质量要小、弹性要小，选用体积小、密 度大的小球，摆角不超过 5 . (2)要使摆球在同一竖直面内摆动，不能形成圆锥摆，方法是将摆球 拉到一定位臵后由静止释放 规律方法总结 1注意事项 (3)测周期的方法： 要从摆球过平衡位臵时开始计时因为此处速度大、计时误差小， 而最高点速度小、计时误差大 要测
4、多次全振动的时间来计算周期如在摆球过平衡位臵时开始 计时，且在数 “零 ”的同时按下秒表，以后每当摆球从同一方向通 过平衡位臵时计数 1次 (4)本实验可以采用图象法来处理数据即用纵轴表示摆长 l，用横 轴表示 实验所得数据在坐标平面上标出，应该得到一条倾 斜直线，直线的斜率 学处理数据的重要办法 k 律方法总结 2 数据处理 处理数据有两种方法 ： ( 1 ) 公式法 ： 测出 30 次或 50 次全振动的时间 t ， 利用 T 不改变摆长 ， 反复测量三次 ，算出三次测得的周期的平均值 T ， 然后代入公式 g 42重力加速度 规律方法总结 ( 2 ) 图象法 ： 由单摆周期公式不难推出
5、： l 2， 因此 ， 分别测出一系列摆长l 对应的周期 T ， 作 l 图象应是一条通过原点的直线 ，求出图线的斜率 k 2 ， 即可利用 g 42k 求得重力加速度值 ，如图 所示 规律方法总结 3误差分析 (1)系统误差的主要来源：悬点不固定，球、线不符合要求，振动是圆锥摆而不是在同一竖直平面内的振动等 (2)偶然误差主要来自时间的测量上，因此，要从摆球通过平衡位臵时开始计时，不能多计或漏计振动次数 考 点 一 实验操作 与误差分析 例 1 (2012天津 9(2)某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素 他组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将
6、橡皮夹紧，如图所示这样做的目的是 _(填字母代号 ) A保证摆动过程中摆长不变 B可使周期测量得更加准确 C需要改变摆长时便于调节 D保证摆球在同一竖直平面内摆动 解析 在该实验中，要求摆动过程中摆长不能改变；同时摆长要便于调节， 点 一 实验操作 与误差分析 例 1 (2012天津 9(2)某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素 他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度 L m，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图所示，则该摆球的直径为 _摆摆长为_m. 读数 =主尺读数 +可动刻度 读数 =1.2 0.1 数 =12.0 长 l L m m m 点 一
7、 实验操作 与误差分析 例 1 (2012天津 9(2)某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素 下列振动图象真实地描述了对摆长约为 1中横坐标原点表示计时开始， A、 B、 0次全振动的图象，已知 5 5 四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是 _(填字母代号 ) 单摆振动的摆角 5 ,当 5 时单摆振动的振幅 A 8.7 了计时准确，应在摆球摆至 平衡位臵时开始计时 ,A 考 点 一 实验操作 与误差分析 变式题组 1.(2013安徽 21 )根据单摆周期公式 ，可以通过实验测量当地的重力加速度如图甲所示，将细线的上端固定在铁架台上，下端系一小钢球，就做成了单摆 (1)用游标卡尺测量小钢球
8、直径，示数如图乙所示，读数为_读数 =主尺读数 +可动刻度 读数 =1.8 0.1 数 =18.6 2 一 实验操作 与误差分析 1. (2)以下是实验过程中的一些做法，其中正确的有 _ a摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一些 b摆球尽量选择质量大些、体积小些的 c为了使摆的周期大一些，以方便测量，开始时拉开摆球，使摆 线相距平衡位臵有较大的角度 d拉开摆球，使摆线偏离平衡位臵不大于 5 ，在释放摆球的同时 开始计时，当摆球回到开始位臵时停止计时，此时间间隔 为单摆周期 T e拉开摆球，使摆线偏离平衡位臵不大于 5 ，释放摆球，当摆球 摆动稳定后，从平衡位臵开始计时，记下摆球做 5
9、0次全振动所 用的时间 t，则单摆周期 T 球摆动过程阻力可忽略 角度要小于 5 为减小偶然误差，同时测量 30 点 一 实验操作 与误差分析 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 _读数 =主尺读数 +可动刻度 读数 =0.9 0.1 数 = 点 一 实验操作 与误差分析 2某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的实验中： (2)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 ) A把单摆从平衡位臵拉开 30 的摆角，并在释放摆球的同时开始 计时 B测量摆球通过最低点 100次的时间 t，则单
10、摆周期为 t/100 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算 得到的重力加速度值偏大 D选择密度较小的摆球，测得的重力加速度值误差较小 摆角小于 5 一个周期有 2次通过最低点， T= g=42l/ 密度较小，可更有效的减小阻力 点 二 实验 数据处理 例 2在探究单摆周期与摆长关系的实验中， (1)关于安装仪器及测量时一些实验操作 ,下列说法中正确的是 ( ) A用米尺测出摆线的长度，记为摆长 l B先将摆球和摆线放在水平桌面上测量摆长 l，再将单摆悬挂在铁 架台上 C使摆线偏离竖直方向某一角度 (接近 5 )，然后由静止释放摆球 D测出摆球两次通过最低点的时间间隔记为此单
11、摆振动的周期 摆长 =摆线长 +摆球半径 C 先固定好单摆，再测摆长 为减小偶然误差，应从平衡位臵释放，同时测量 30算周期 考 点 二 实验 数据处理 例 2在探究单摆周期与摆长关系的实验中： (2)实验测得的数据如下表所示： 请将测量数据标在图中，并在图中作出 次数 1 2 3 4 5 摆长 l/0次全振动时间 t/s 动周期 T/s 动周期的平方 T2/ 点 二 实验 数据处理 例 2在探究单摆周期与摆长关系的实验中： (3)根据数据及图象可知单摆周期的平方与摆长的关系是 _ (4)根据图象，可求得当地的重力加速度为 _m/ 果保留 3位有效数字 ) (3)通过作出的图象是一条直线，说明
12、单摆周期的平方和摆长成正比 成正比 (4)由单摆周期公式得： 42/g） l 直线斜率表示： 42/g 由图线可得： g=m/ 点 二 实验 数据处理 变式题组 3 下表是用单摆测定重力加速度实验中获得的有关数据： 摆长 l / m 期 1)利用上述数据，在图的坐标系中描绘出 l 考 点 二 实验 数据处理 变式题组 3 下表是用单摆测定重力加速度实验中获得的有关数据： (2)利用图象，取 4.2 l _m，重力加速度 g_m/结果保留三位有效数字 ) 4.2 图中可读出其摆长 l m 将 g 42得 gm/ 点 二 实验 数据处理 4某同学在 “用单摆测定重力加速度 ”的实验中进行了如下的操作： (1)用游标尺上有 10个小格的游标卡尺测量摆球的直径如图甲所示，可读出摆球的直径为 量摆线长，通过计
