《适用于新高考新教材广西专版2025届高考物理一轮总复习第7章机械振动和机械波实验9用单摆测定重力加速度课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《适用于新高考新教材广西专版2025届高考物理一轮总复习第7章机械振动和机械波实验9用单摆测定重力加速度课件（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验实验9 9用单摆测定重力加速度用单摆测定重力加速度第七章第七章强基础强基础 增分策略增分策略2.实验器材:单摆、游标卡尺、毫米刻度尺、停表。3.进行实验(1)做单摆:取约1m长的细丝线穿过带中心孔的小钢球,并打一个比小孔大一些的结,然后把线的另一端用铁夹固定在铁架台上,让摆球自然下垂,如图所示。不要绕接在铁架台上(2)测摆长:用毫米刻度尺量出摆线长L(精确到毫米),用游标卡尺测出小球直径D,则单摆的摆长l=L+。小摆角(3)测周期:将单摆从平衡位置拉开一个角度,然后释放小球,记下单摆摆动3050次的总时间,算出平均每摆动一次的时间,即为单摆的振动周期。(4)改变摆长,重复实验。4.数据分析
2、处理方法一:计算法。方法二:图像法。5.注意事项(1)悬线顶端不能晃动,需用夹子夹住,保证悬点固定。(2)单摆必须在同一平面内振动。(3)在摆球摆到平衡位置处时开始计时,并数准全振动的次数。(4)小球自然下垂时,用毫米刻度尺量出悬线长L,用游标卡尺测量小球的直径,然后算出小球的半径r,则摆长l=L+r。(5)选用1m左右的细线。6.误差分析类型产生原因减小方法偶然误差测量时间(单摆周期)及摆长时产生误差多次测量再求平均值从单摆经过平衡位置时开始计时系统误差主要来源于单摆模型本身摆球要选体积小,密度大的最大摆角一般要小于5增素能增素能 精准突破精准突破考点一考点一教材原型教材原型实验典例1.某同
3、学用单摆测定重力加速度的实验装置如图所示。(1)对测量原理的理解正确的是。(2)为了利用单摆较准确地测出重力加速度,应当选用的器材有。A.长度为10cm左右的细绳B.长度为100cm左右的细绳C.直径为1.8cm的钢球D.直径为1.8cm的木球E.最小刻度为1mm的刻度尺F.停表、铁架台(3)进行以下必要的实验操作,请将横线部分内容补充完整。测量单摆的摆长,即测量从摆线的悬点到的距离;把此单摆从平衡位置拉开一个小角度后释放,使摆球在竖直面内摆动,测量单摆全振动30次(或50次)的时间,求出一次全振动的时间,即单摆振动的周期;适当改变摆长,测量几次,并记录相应的摆长和周期;根据测量数据画出图像,
4、并根据单摆的周期公式,由图像计算重力加速度。(4)该同学分别在北京和厦门两地做了此实验,比较准确地探究了单摆的周期T与摆长l的关系,然后将这两组实验数据绘制成T2-l图像,如图所示,在北京测得的实验结果对应的图线是(选填“A”或“B”)。答案(1)C(2)BCEF(3)摆球球心(4)B(2)为减小实验误差,应选择适当长些的细绳作摆线,摆线应选择B;为减小空气阻力对实验的影响,应选择质量大而体积小的球作摆球,因此摆球应选择C;实验需要测量摆长,需要用到刻度尺;实验需要测量单摆的周期,测周期需要停表,应把单摆固定在铁架台上。因此,需要的实验器材是BCEF。(3)摆线长度与摆球半径之和是单摆摆长,测
5、量单摆的摆长,应测量从摆线的悬点到摆球球心的距离。图像的斜率越小,重力加速度越大,由于北京的重力加速度大于厦门的重力加速度,因此在北京所做实验作出的T2-l图像的斜率小于在厦门所做实验作出的T2-l图像的斜率,因此在北京测得的实验结果对应的图线是B。考题点睛 考点考向 点睛用单摆测定重力加速度的实验方法:为了减少偶然误差,数据处理常用作图法,同时注意“化曲为直”选取合适的物理量关系本题就是画T2-l图像。在坐标纸上,纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏而导致误差过大),仔细描点连线,不能连成折线,应作一条直线,让各点尽量落到这条直线上,落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧易错:为减
6、小实验误差,应选择适当长些的轻细绳作摆线,并注意数清振动次数考点二考点二实验的改的改进与与创新新典例2.某同学利用实验室先进的数字化信息系统探究单摆的周期T与摆长L的关系。(1)以下对实验的几点建议中,有利于提高测量结果精确度的建议是。(填选项前字母)A.实验中适当加长摆线B.单摆偏离平衡位置的角度大一些C.当单摆经过最大位移处开始计时D.测量多组周期T和摆长L,作T2-L关系图像来处理数据(2)该同学还利用计算机绘制了当地两种单摆的振动图像(如图所示),由图可知,两单摆摆长之比=。解析(1)实验中适当加长摆线,增大单摆的振动周期,以利于减小周期的测量误差,A正确;增大单摆偏离平衡位置的角度,
7、不能提高测量结果精确度,B错误;当单摆经过最大位移处开始计时,摆球速度较慢,周期测量误差较大,应从单摆经过平衡位置时开始计时,C错误;测量多组周期T和摆长L,作T2-L关系图像来处理数据,可减小误差,提高精确度,D正确。练思维练思维 迁移运用迁移运用1.某实验小组用单摆做简谐运动来测定重力加速度。(1)实验中待小钢球摆动稳定后,现要测量小钢球运动的周期。甲同学从小钢球某次通过平衡位置时开始计时,数出以后小钢球通过平衡位置的次数n,用停表记下所用的时间t;乙同学从小钢球某次通过平衡位置时开始计时,并将这次通过平衡位置时记为1,将小钢球第二次沿同一方向通过平衡位置时记为2,第三次沿同一方向通过平衡
8、位置时记为3,以此类推,一直数到n,同时按下停表,停表的显示时间为t;你选择(选填“甲”或“乙”)同学的实验方法,对应的单摆的周期表达式为。(2)某同学用一块外形不规则的长条状的大理石块代替了摆球,用不可伸长细线连接悬点O和大理石块的顶端N点进行实验。先使ON间细线长度为某个值,测出其周期T1;后使ON间细线长度比原来增加了L,再测出摆的周期T2。那么,重力加速度的值可以表示为(用T1、T2、L表示)。2.(1)物理课外小组研究“用单摆测重力加速度”实验,他们依照教材实验直接测量的物理量应为、n次全振动的时间t,其公式为(2)他们测出不同的摆长(l)所对应的周期(T),并进行数据处理。如果甲同
9、学以摆长(l)为横坐标、周期的二次方(T2)为纵坐标作出了T2-l图像,若他测得的图像的斜率为k,则测得的重力加速度g=。若甲同学测摆长时,忘记测摆球的半径,则他用图像法求得的重力加速度(选填“偏小”“偏大”或“准确”)。乙同学根据公式,用此式计算重力加速度,若乙同学测摆长时,也忘记了测摆球的半径,则他测得的重力加速度(选填“偏小”“偏大”或“准确”)。(3)甲同学测量5种不同摆长单摆的振动周期,记录结果如下表所示。l/m0.50.80.91.01.2T/s1.421.791.902.002.20T2/s22.023.203.614.004.84答案(1)摆线长l0摆球直径d(2)准确偏小(3
10、)9.87m/s23.(2023山东菏泽调研)在探究单摆运动的实验中:(1)图甲是用力传感器对单摆运动过程进行测量的装置图,图乙是与力传感器连接的计算机屏幕所显示的F-t图像,根据图乙的信息可得,从t=0时刻开始摆球第一次摆到最低点的时刻为s,摆长为m(2取10,重力加速度大小g取10m/s2)。(2)单摆运动的回复力是。A.摆球所受的重力B.摆球重力在垂直摆线方向上的分力C.摆线对摆球的拉力D.摆球所受重力和摆线对摆球拉力的合力(3)某同学的操作步骤如下,其中正确的是。A.取一根细线,下端系住直径为d的金属小球,上端固定在铁架台上B.用刻度尺量得细线长度l,即摆长为lC.在摆线偏离竖直方向5
11、位置由静止释放小球D.让小球在水平面内做圆周运动,测得摆动周期,再根据公式计算重力加速度答案(1)0.50.64(2)B(3)AC解析(1)摆球第一次摆到最低点时,力传感器显示的力最大,根据题图乙的信息可得,所对应的时刻为t=0.5s。根据题图乙的信息可得,单摆周期T=1.6s,(2)单摆运动的回复力是摆球重力在垂直摆线方向上的分力,而摆球所受重力和摆线对摆球拉力的合力提供向心力,选项B正确。4.(2022广东潮州二模)某同学为测量当地的重力加速度,设计了如图甲所示的实验装置。一轻质细线上端固定在力传感器上,下端悬挂一小钢球。钢球静止时球心刚好位于光电门处。主要实验步骤如下:a.用游标卡尺测出
12、钢球直径d;b.钢球悬挂静止不动时,记下力传感器的示数F1,量出线长L(线长L远大于钢球直径d);c.将钢球拉到适当的高度后由静止释放,细线始终处于拉直状态,计时器测出钢球通过光电门时的遮光时间t,记下力传感器示数的最大值F2。(1)游标卡尺示数如图乙所示,则钢球直径d=mm。(2)钢球经过光电门时的速度表达式v=。(3)通过以上信息可求出当地重力加速度表达式为g=(用题干中所给物理量的符号表示)。解析(1)游标卡尺的精度为0.05mm,其读数为主尺的示数与游标尺示数之和,故钢球的直径d=7mm+50.05mm=7.25mm。(2)钢球直径为d,钢球的遮光时间为t,根据极短时间内的平均速度近似等于瞬时速度可知,
