2019版高考物理一轮复习 实验十四 探究单摆运动、用单摆测定重力加速度课件.ppt

实验十四 探究单摆运动 用单摆测定重力加速度 1 实验原理 单摆的 和 就可求出当地的重力加速度g 2 实验器材单摆 游标卡尺 毫米刻度尺 停表 T2 4 2l 摆长l 振动周期T 3 实验步骤 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S14 1所示 图S14 1 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 D2 3 测周期 将单摆从平衡位置拉开一个角度 小于5 然后释放小球 记下单摆摆动30 50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 重做几次实验 4 数据处理 2 图象法 画l T2图象 如图S14 2所示 图S14 2 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 且摆角小于5 3 选择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 然后算出摆球的半径r 则摆长l L r 5 选用一米左右的细线 考点1 实验原理及操作 测量当地的重力加速度 如图S14 3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 甲 乙 图S14 3 1 用游标卡尺测量小钢球直径 示数如图乙所示 读数为 mm 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 使摆线相距平衡位置有较大的角度d 拉开摆球 使摆线偏离平衡位置不大于5 在释放摆球的同时开始计时 当摆球回到开始位置时停止计时 此时间间隔 t即为单摆周期Te 拉开摆球 使摆线偏离平衡位置不大于5 释放摆球 当摆球振动稳定后 从平衡位置开始计时 记下摆球做50次全 振动所用的时间 t 则单摆周期T t50 答案 1 18 7 2 abe 方法技巧 1 为减小计时误差 开始计时的位置应选在平 衡位置 2 要测多次全振动的时间来计算周期 如在摆球过平衡位置时启动秒表同时数零 以后摆球每过一次平衡位置记一个数 考点2 数据处理 典题2 2015年北京卷 用单摆测定重力加速度 的实验装置如图S14 4所示 图S14 4 1 测出悬点O到小球球心的距离 摆长 l及单摆完成n次全振动所用的时间t 则重力加速度g 用l n t表示 2 下表是某同学记录的3组实验数据 并做了部分计算处 理 请计算出第3组实验中的T s g m s2 3 用多组实验数据作出T2 l图象 也可以求出重力加速度g 已知三位同学作出的T2 l图线的示意图如图S14 5中的a b c所示 其中a和b平行 b和c都过原点 图线b对应的g值最接近当地重力加速度的值 则相对于图线b 下列分析正确的是 填选项前的字母 图S14 5 A 出现图线a的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记 为摆长l B 出现图线c的原因可能是误将49次全振动记为50次C 图线c对应的g值小于图线b对应的g值 49次全振动记为50次 则周期T变小 选项B正确 由 则k变小 重力加速度g变大 选项C错误 0 出现图线a的原因是计算摆长时过短 误将悬点O到小球上端的距离记为摆长 选项A错误 对于图线c 其斜率k变小T2l 4 2g k得g 4 2k 了 根据k 可能是T变小了或l变大了 选项B中误将 本实验常见的创新方法就是如果摆长不能精确测量的话 比如摆长很长或悬挂的重物的重心不确定 我们可以利用改变摆长的方法 测出两次摆长的差和两次分别摆动的周期 根据单摆公式联立方程组求解 典题3 2017年湖南衡阳八中高三质检 甲同学想在家里做用单摆测定重力加速度的实验 但没有合适的摆球 他找到了一块大小为3cm3左右 外形不规则的大理石块代替小球 他设计的实验步骤是 A 将石块用细线系好 结点为M 将细线的上端固定于O点 如图S14 6所示 B 用刻度尺测量OM间细线的长度作为摆长C 将石块拉开一个大约 30 的角度 然后由静止释放D 从摆球摆到最高点时开始计时 测出30次全振动的总时 间t 由T t30 得出周期 1 该同学在以上实验步骤中有错误的是 2 若该同学用OM的长度作为摆长 这样做引起的系统误差将使重力加速度的测量值比真实值 填 偏大 或 偏小 3 如果该同学改正了错误 改变OM间细线的长度做了2次实验 记下每次相应的线长度l1 l2和周期T1 T2 则由上述四个量得到重力加速度g的表达式是 图S14 6 解析 1 该同学在以上实验步骤中有错误的是BCD B中 摆长应是从悬点到大理石块的质心的距离 C中 单摆的摆角太大 将不能看做是简谐运动 单摆周期公式失效 不能测定g D中 测量时间应从单摆摆到最低点开始 因为最低位置摆球速度最大 相同的视觉距离误差引起的时间误差较小 则周期测量比较准确 OM的长度作为摆长 摆长偏小 根据上述表达式得知 g的测量值偏小