高考物理一輪復習 實驗13 探究單擺的運動 用單擺測定重力加速度課件

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1、實驗13探究單擺的運動 用單擺測定重力加速度-2-一、實驗目的1.會用單擺測定重力加速度。2.會使用停表。三、實驗器材帶有鐵夾的鐵架臺、中心有小孔的金屬小球、不易伸長的細線(約1米)、停表、刻度尺和游標卡尺。-3-四、實驗步驟(1)做單擺:取約1 m長的細絲線穿過帶中心孔的小鋼球,并打一個比小孔大一些的結(jié),然后把線的另一端用鐵夾固定在鐵架臺上,讓擺球自然下垂,如圖所示。(2)測擺長:用毫米刻度尺量出擺線長L(精確到毫米),用游標卡尺測出小球直徑D,則單擺的擺長 。(3)測周期:將單擺從平衡位置拉開一個角度(小于5),然后釋放小球,記下單擺擺動3050次的總時間,算出平均每擺動一次的時間,即為單

2、擺的振動周期。(4)改變擺長,重做幾次實驗。-4-5-6-六、注意事項1.實驗所用的單擺應符合理論要求,即線要細、輕、不易伸長,擺球要體積小、質(zhì)量大(密度大)。2.單擺懸線上端要固定,即用鐵夾夾緊,以免擺球擺動時擺線長度不穩(wěn)定。3.測量單擺周期時,應從擺球經(jīng)過平衡位置(即最低點)時開始計時,以后擺球從同一方向通過平衡位置時進行計數(shù),且在數(shù)“零”的同時按下停表,開始計時、計數(shù)。4.擺動時,要使之保持在同一個運動平面內(nèi),且偏角小于5,不要形成圓錐擺。-7- -8-考點一考點二實驗原理與操作實驗原理與操作例1根據(jù)單擺周期公式 ,可以通過實驗測量當?shù)氐闹亓铀俣?。如圖1所示,將細線的上端固定在鐵架臺上

3、,下端系一小鋼球,就做成了單擺。-9-考點一考點二(1)用游標卡尺測量小鋼球直徑,示數(shù)如圖2所示,讀數(shù)為18.6 mm。 -10-考點一考點二(2)以下是實驗過程中的一些做法,其中正確的有abe。 a.擺線要選擇細些的、伸縮性小些的,并且盡可能長一些b.擺球盡量選擇質(zhì)量大些、體積小些的c.為了使擺的周期大一些,以方便測量,開始時拉開擺球,使擺線相距平衡位置有較大的角度d.拉開擺球,使擺線偏離平衡位置不大于5,在釋放擺球的同時開始計時,當擺球回到開始位置時停止計時,此時間間隔t即為單擺周期Te.拉開擺球,使擺線偏離平衡位置不大于5,釋放擺球,當擺球振動穩(wěn)定后,從平衡位置開始計時,記下擺球做50次

4、全振動所用的時間t,則單擺周期 -11-考點一考點二解題探究:游標卡尺應當怎樣讀數(shù)?單擺的擺角及計時有何要求? 提示:游標卡尺的讀數(shù)l=l0+kn,其中l(wèi)0為主尺的刻度,k為游標尺的精確度,n為與主尺對齊的游標尺上的刻度線數(shù)。 提示:單擺擺角應不大于5,要從擺球經(jīng)過最低點時開始計時。-12-考點一考點二解析:(1)先從主尺讀出整數(shù)部分刻度為18 mm,然后從游標尺讀出小數(shù)部分刻度為0.6 mm,所以小鋼球直徑為18.6 mm。(2)在該實驗中,擺球的擺角不要太大,偏離平衡位置不大于5,c、d兩項均錯誤。為了盡量減少實驗誤差,擺球應該選擇質(zhì)量大、體積小的小球;擺線要選擇質(zhì)量小、不易伸長、長度大一

5、些的細繩;擺球擺動穩(wěn)定后,從平衡位置開始計時,擺球兩次經(jīng)過平衡位置為一次全振動,a、b、e三項正確。-13-考點一考點二規(guī)律總結(jié):用單擺測重力加速度的兩點提醒(1)該實驗為測量性實驗,要從多方面減小誤差:擺球要體積小且密度大;偏角不大于5;測量擺長時,要從懸點到球心;對停表要正確讀數(shù)等。(2)游標卡尺是高中重要的測量儀器。讀數(shù)公式:讀數(shù)=主尺上的整毫米數(shù)+精確度n(n為游標尺上與主尺某一刻度對齊的格數(shù))。-14-考點一考點二例2(2015北京理綜,21(2)用單擺測定重力加速度的實驗裝置如圖1所示。(1)組裝單擺時,應在下列器材中選用AD(選填選項前的字母)。 A.長度為1 m左右的細線B.長

6、度為30 cm左右的細線C.直徑為1.8 cm的塑料球D.直徑為1.8 cm的鐵球 -15-考點一考點二(2)測出懸點O到小球球心的距離(擺長)L及單擺完成n次全振動所用的時間t,則重力加速度g=_(用L、n、t表示)。 請計算出第3組實驗中的T=2.01s,g=9.76m/s2。 (3)下表是某同學記錄的3組實驗數(shù)據(jù),并做了部分計算處理。 -16-考點一考點二(4)用多組實驗數(shù)據(jù)作出T2-L圖象,也可以求出重力加速度g。已知三位同學作出的T2-L圖線的示意圖如圖2中的a、b、c所示,其中a和b平行,b和c都過原點,圖線b對應的g值最接近當?shù)刂亓铀俣鹊闹?。則相對于圖線b,下列分析正確的是B(

7、選填選項前的字母)。 A.出現(xiàn)圖線a的原因可能是誤將懸點到小球下端的距離記為擺長LB.出現(xiàn)圖線c的原因可能是誤將49次全振動記為50次C.圖線c對應的g值小于圖線b對應的g值 -17-考點一考點二(5)某同學在家里測重力加速度。他找到細線和鐵鎖,制成一個單擺,如圖3所示,由于家里只有一根量程為30 cm的刻度尺,于是他在細線上的A點做了一個標記,使得懸點O到A點間的細線長度小于刻度尺量程。保持該標記以下的細線長度不變,通過改變O、A間細線長度以改變擺長。實驗中,當O、A間細線的長度分別為l1、l2時,測得相應單擺的周期為T1、T2,由此可得重力加速度g=_(用l1、l2、T1、T2表示)。 -

8、18-考點一考點二解題探究:寫出單擺的周期公式。測量單擺擺長時,是否需要測量小球半徑?提示:小球半徑是單擺擺長的一部分,需要測量小球半徑。-19-考點一考點二-20-考點一考點二-21-考點一考點二-22-12341.做簡諧振動的單擺擺長不變,若擺球質(zhì)量增加為原來的4倍,擺球經(jīng)過平衡位置時速度減小為原來的 ,則單擺振動的( )A.頻率、振幅都不變B.頻率、振幅都改變C.頻率不變、振幅改變D.頻率改變、振幅不變 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-23-12342.(2015天津理綜,9(2)某同學利用單擺測量重力加速度。(1)(多選)為了使測量誤差盡量小,下列說法正確的是BC。 A.組裝單擺須選用

9、密度和直徑都較小的擺球B.組裝單擺須選用輕且不易伸長的細線C.實驗時須使擺球在同一豎直面內(nèi)擺動D.擺長一定的情況下,擺的振幅盡量大(2)如圖所示,在物理支架的豎直立柱上固定有擺長約1 m 的單擺。實驗時,由于僅有量程為20 cm、精度為1 mm 的鋼板刻度尺,于是他先使擺球自然下垂,在豎直立柱上與擺球最下端處于同一水平面的位置做一標記點,測出單擺的周期T1;然后保持懸點位置不變,設法將擺長縮短一些,再次使擺球自然下垂,用同樣方法在豎直立柱上做另一標記點,并測出單擺的周期T2;最后用鋼板刻度尺量出豎直立柱上兩標記點之間的距離L。用上述測量結(jié)果,寫出重力加速度的表達式 g=_。 -24-1234解

10、析:(1)組裝單擺須選用密度大和質(zhì)量適當大一些的小球,以保證空氣阻力、細線質(zhì)量可以忽略不計。A說法中密度較小,不符合要求,故A錯誤;選用輕且不易伸長的細線能夠保證細線質(zhì)量和長度的伸縮可以忽略不計,故B正確;用單擺測重力加速度必須保證擺球在同一豎直平面內(nèi)擺動,故C正確;單擺周期公式只在小角度擺動的情況下成立,故單擺擺長一定時,振幅應盡量小一些,D錯誤。-25-12343.在“用單擺測定重力加速度”的實驗中: (1)圖甲中停表示數(shù)為一單擺振動50次所需時間,則單擺的振動周期為2.65 s。 (2)用最小刻度為1 mm的刻度尺測擺長,測量情況如圖乙所示。O為懸掛點,從圖中可知單擺的擺長為996.5

11、mm。 (3)若用l表示擺長,T表示周期,那么重力加速度的表達式為g=_。 (4)考慮到單擺振動時空氣浮力的影響后,學生甲說:“因為空氣浮力與擺球重力方向相反,它對球的作用相當于重力加速度變小,因此振動周期變大?！睂W生乙說:“浮力對擺球的影響好像用一個輕一些的擺球做實驗,因此振動周期不變?！边@兩個學生中A。 A.甲說得對B.乙說得對C.都說得不對 點擊查看題圖關(guān)閉-27-1234-28-12344.某同學利用如圖所示的裝置測量當?shù)氐闹亓铀俣取嶒灢襟E如下:A.按裝置圖安裝好實驗裝置。B.用游標卡尺測量小球的直徑d。C.用刻度尺測量懸線的長度l。D.讓小球在豎直平面內(nèi)小角度擺動。當小球經(jīng)過最低

12、點時開始計時,并計數(shù)為0,此后小球每經(jīng)過最低點一次,依次計數(shù)1,2,3,當數(shù)到20時停止計時,測得時間為t。E.多次改變懸線長度,對應每個懸線長度都重復實驗步驟C、D。F.計算出每個懸線長度對應的t2。G.以t2為縱坐標、l為橫坐標,作出t2-l圖線。-29-1234結(jié)合上述實驗,完成下列任務:(1)用游標為10分度(測量值可準確到0.1 mm)的卡尺測量小球的直徑。某次測量的示數(shù)如圖所示,讀出小球直徑d的值為1.52cm。 -30-1234(2)該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)。利用計算機作出t2-l圖線如圖所示。根據(jù)圖線擬合得到方程t2=404.0l+3.5。由此可以得出當?shù)氐闹亓铀俣萭=9.76m/s2。(取2=9.86,結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(3)從理論上分析圖線沒有過坐標原點的原因,下列分析正確的是D。 A.不應在小球經(jīng)過最低點時開始計時,應該在小球運動到最高點時開始計時B.開始計時后,不應記錄小球經(jīng)過最低點的次數(shù),而應記錄小球做全振動的次數(shù)C.不應作t2-l圖線,而應作t-l圖線D.不應作t2-l圖線,而應作 圖線 -31-1234