2019-2020年物理粤教版选修3-4学案：课棠互动 第一章第五节用单摆测定重力加速度 Word版含解析.doc

2019-2020年物理粤教版选修3-4学案：课棠互动第一章第五节用单摆测定重力加速度 Word版含解析三点剖析1.减小误差的方法 本实验系统误差主要来源于单摆模型本身是否符合要求.即：悬点是否固定，摆线上方不可缠绕在横杆上或在横杆上打套结悬挂，因为以上做法都会在摆动中引起摆长变化，应夹紧在铁夹中.特别注意不应形成复摆、圆锥摆、球、线必须符合要求. 本实验偶然误差主要来自时间(即单摆周期)的测量上，因g=，式中l是一次项，T是二次项.因此，要注意测准时间(周期)，要从摆球通过平衡位置开始计时，不能多计或漏计振动次数.为了进一步减小偶然误差，进行多次测量后取平均值.2.图象法处理数据 由单摆周期公式不难推出：l=T2g=.因此，分别测出一系列摆长l、对应的周期T，作l-T2的图象，图象应是一条通过原点的直线，如图1-5-2所示.求图线的斜率k，即可求得g值.由k=得g=42k.图1-5-2各个击破【例1】在“用单摆测定重力加速度”的实验中，有如下器材供选用，为使实验误差小，请把应选用的器材填在横线上_.(填字母)A.半径为1 cm带小孔的实心木球 B.半径为1 cm带小孔的实心铅球C.长约10 cm的细线 D.长约1 m的细线E.时钟 F.秒表G.最小刻度为mm的米尺 H.游标卡尺I.带夹子的铁架台 J.附砝码的天平解析：单摆振动时，要求空气阻力远小于摆球的重力，这样，在摆球外形一样大小时，摆球密度越大，越是符合这种要求，故选用小铅球而不选木球，即选B.又因要求单摆接近理想模型，即用无质量不可伸缩的线拴一质点，所以线的长度应远大于摆球直径，故选长1 m的而不用长0.1 m的细线，即选D.计时时，使用秒表方便，故选F.米尺用于测摆线的长度，游标卡尺测摆球直径，故选G、H.本实验中不需要测质量，但必须将小球悬挂，故选I.答案：B、D、F、G、H、I【例2】在“用单摆测定重力加速度”的实验中，由单摆做简谐运动的周期公式得到g=，只要测出多组单摆的摆长l和运动周期T.作出T2-l图象，就可以求出当地的重力加速度.理论上T2-l图象是一条过坐标原点的直线，某同学根据实验数据作出的图象如图1-5-3所示.图1-5-3(1)造成图象不过原点的原因是_；(2)由图象求出的重力加速度g=_m/s2(取2=9.87).解析：(1)据T2=kl和图1-5-3所示图线的特点可知，摆长中少计了1 cm，即测摆长时漏测球的半径r.(2)g=m/s2=9.87 m/s2.答案：(1)测摆长时漏测球的半径r (2)9.87 m/s2附送：2019-2020年物理粤教版选修3-4学案：课棠互动第一章第六节受迫振动共振 Word版含解析三点剖析1.受迫振动的特点 受迫振动的周期和频率由驱动力决定，与振动物体的固有周期和频率无关.受迫振动的周期和频率总等于驱动力的周期和频率. 受迫振动的振幅与驱动力的频率和固有频率之差有关，二者之差越小振幅越大，二者之差越大振幅就越小.2.难点是共振条件的理解 共振条件：驱动力的频率等于物体的固有频率. 受迫振动的振幅随驱动力频率变化（共振曲线）如图1-6-2所示，当驱动力频率逐渐增大到固有频率时，振幅随驱动力频率的增大而增大；当驱动力频率等于固有频率时，振幅最大；当驱动力频率从固有频率逐渐增大时，振幅随驱动力频率的增大而减小.图1-6-2 发生共振时物体振动的振幅最大.如果想使作受迫振动的物体有尽可能小的振幅，应该使策动力的周期或频率与物体的固有周期或频率尽可能相差多一些；如果想使作受迫振动的物体有较大的振幅，应该使策动力的周期或频率与物体的固有周期或频率尽可能地接近，或者相等.3.实际生产、生活中的共振现象 在现实生活中，有很多共振的实例，例如很多乐器都有共鸣箱、两只话筒放在一起时音箱会发出尖叫等等.如果想使做受迫振动的物体有尽可能小的振幅，应该使驱动力的周期或频率与物体的固有周期或频率尽可能相差多一些.有爬梯子经验的人，在爬梯子的时候总是忽快忽慢，以减小梯子的抖动；人们在端水时，要尽量避免自己的步子和水的晃动相合拍，以设法保持水面的平稳.如果想使做受迫振动的物体有尽可能大的振幅，应该使驱动力的周期或频率与物体的固有周期或频率尽可能地接近，或者相等. 受迫振动、共振与实际问题联系较紧密，主要集中在对于共振现象的判断和解释，所提供的问题情景一般较新颖，需要把实际问题材料转化为相应的物理语言，提取解题的有用信息.各个击破【例1】做受迫振动的物体达到稳定状态时，则( )A.一定做简谐运动B.一定按驱动力的频率振动C.一定发生共振D.是否发生共振取决于驱动力的频率是否等于物体的固有频率解析：因为物体做受迫振动，在运动过程中受到周期性外力的作用，其受力特点不一定满足F=-kx的关系，所以A错误.由于物体做受迫振动，达到稳定状态时其振动的频率等于驱动力的频率，与固有频率无关，故B正确.对于处于稳定状态下的受迫振动物体是否发生共振，完全取决于驱动力的频率与固有频率的关系，当两者相等时，即发生共振，故选项C错误，而选项D正确.答案：BD【例2】如图1-6-3所示为一单摆的共振曲线，该单摆的摆长约为多少？共振时单摆的振幅为多大？共振时摆球的最大速度和最大加速度各为多少？(g取10 m/s2)图1-6-3解析：从共振曲线可知，单摆的固有频率f=0.5 Hz,因为f=,所以l=,代入数据解得l=1 m.从共振曲线可知：单摆发生共振时，振幅Am=8 cm.设单摆的最大偏角为，摆球所能达到的最大高度为h，由机械能守恒定律得mv2m=mgh又h=l(1-cos)当很小时1-cos=2sin2解得vm=0.25 m/s摆球在最大位移处加速度最大，有mgsin=mamam=gsin=g代入数据解得am=0.8 m/s2.【例3】把一个筛子用四根相同的弹簧支起来，筛子上装一个电动偏心轮，它转动过程中，给筛子以周期性的驱动力，这就做成了一个共振筛.筛子做自由振动时，完成20次全振动用时10 s，在某电压下，电动偏心轮的转速是90 r/min,已知增大电动偏心轮的驱动电压，可使其转速提高；增加筛子的质量，可以增大筛子的固有周期，要使筛子的振幅增大，下列办法可行的是( )A.降低偏心轮的驱动电压 B.提高偏心轮的驱动电压C.增加筛子的质量 D.减小筛子的质量解析：把握住产生共振的条件是f驱=f固.共振筛的固有频率f固=2.0 Hz，驱动力的频率为电动偏心轮的频率f驱=Hz=1.5 Hz.要使振幅增大，必须使f固与f驱接近，有两种方法：使f固减小，即增大固有周期，应增加筛子的质量.使f驱增大，即提高转速，应提高驱动电压.答案：BC类题演练支持列车车厢的弹簧固有频率为2 Hz，若列车行驶在每根长为12.5 m的铁轨连成的铁道上，则当列车运行速度多大时，车厢振动的剧烈程度最大？解析：列车运动时，车轮每通过相邻的两根铁轨的连接处时，就会受到一次撞击，所以车厢和弹簧构成的振动系统在这种周期性变化的撞击力驱动力的作用下做受迫振动，驱动力的周期为L/v,故由共振条件，当f=(f=2 Hz)时，列车车厢发生共振，解得v=fL=25 m/s.答案：v=25 m/s