實(shí)驗(yàn)用單擺測(cè)量重力加速度課件-高二上學(xué)期物理人教版選擇性

教學(xué)課件2.5實(shí)驗(yàn):用單擺測(cè)量重力加速度第二章

機(jī)械振動(dòng)實(shí)驗(yàn)的目的和原理實(shí)驗(yàn)裝置與器材實(shí)驗(yàn)步驟數(shù)據(jù)處理及誤差分析01020304目錄CONTENTS注意事項(xiàng)05

了解地球表面重力加速度的分布，對(duì)地球物理學(xué)、航空航天技術(shù)及大地測(cè)量等領(lǐng)域有十分重要的意義。求重力加速度的方法有哪些？1、物體作自由落體運(yùn)動(dòng)：2、物體從光滑的斜面上由靜止下滑：3、物體靜止于水平面上：4、用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了單擺周期公式，單擺周期公式里邊有g(shù)，那么我們能不能利用周期公式來(lái)測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣饶兀繉?shí)驗(yàn)的目的和原理PART1一、實(shí)驗(yàn)的目的和原理1.目的：利用單擺測(cè)定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?/p>

想一想，要根據(jù)下面的式子測(cè)量重力加速度，需要測(cè)量哪些物理量？03123343563783941104312144516471849205122532426555728590126789101134512131401234567890012345678910012345678910①測(cè)周期:②測(cè)擺長(zhǎng):

秒表刻度尺、游標(biāo)卡尺實(shí)驗(yàn)原理:實(shí)驗(yàn)裝置與器材PART2PKPKPK有彈力無(wú)彈力1.器材：鐵架臺(tái)（帶鐵夾），中心有孔的金屬小球，約1m長(zhǎng)的細(xì)線，米尺，游標(biāo)卡尺（選用），秒表二、實(shí)驗(yàn)裝置與器材問(wèn)題1：線有粗細(xì)、長(zhǎng)短的不同，伸縮性也有區(qū)別。不同的小球，質(zhì)量和體積有差異。想一想，應(yīng)如何選擇擺線和擺球？為什么？提示：線的選擇：細(xì)一些、適當(dāng)長(zhǎng)一些（本實(shí)驗(yàn)要求1m左右）。不可伸長(zhǎng)，且細(xì)線質(zhì)量相對(duì)于擺球質(zhì)量可忽略。擺球的選擇：半徑小一些（遠(yuǎn)小于擺線長(zhǎng)度）、質(zhì)量大一些。這樣做成的裝置才符合單擺模型，當(dāng)擺角小于5°時(shí)，才可看成簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)周期

。問(wèn)題2：下圖畫(huà)出了細(xì)線上端的兩種不同的懸掛方式。應(yīng)該選用哪種方式？為什么？你還有更好的設(shè)計(jì)嗎？PK提示：應(yīng)選用乙方式懸掛，因?yàn)橄鄬?duì)于甲裝置，乙裝置在單擺擺動(dòng)過(guò)程中擺長(zhǎng)不變，且可調(diào)整擺長(zhǎng)。2.秒表的讀數(shù)①秒表的使用和讀數(shù)：停表的讀數(shù)等于內(nèi)側(cè)分針的讀數(shù)與外側(cè)秒針的讀數(shù)之和.

②注意：當(dāng)內(nèi)側(cè)分針沒(méi)有超過(guò)半格時(shí)，外側(cè)秒針讀小于30的數(shù)字；超過(guò)半格時(shí)，外側(cè)秒針讀大于30的數(shù)字.031233435637839411043121445164718492051225324265557285901267891011345121314BA(1)第一次按壓A按鈕，開(kāi)始計(jì)時(shí)；(2)第二次按壓A按鈕

，終止計(jì)時(shí)，開(kāi)始讀數(shù)。(3)按壓B按鈕，秒表復(fù)位，分、秒

指針均指“0”刻度③操作：

031233435637839411043121445164718492051225324265557285901267891011345121314BA0312334356378394110431214451647184920512253242655572859012678910113451213142分7.6秒0312334356378394110431214451647184920512253242655572859012678910113451213141分51.4秒1分

39.8秒實(shí)驗(yàn)步驟PART31.在細(xì)線的一端打一個(gè)比小球上的孔徑稍大些的結(jié)，將細(xì)線穿過(guò)球上的小孔，制成一個(gè)單擺。然后拴在桌邊的支架上，如圖所示.2.用米尺量出懸點(diǎn)到球底部的距離L，準(zhǔn)確到毫米；用游標(biāo)卡尺測(cè)擺球直徑，算出半徑r，也準(zhǔn)確到毫米。則單擺的擺長(zhǎng)l為L(zhǎng)-r.3.把單擺從平衡位置拉開(kāi)一個(gè)很小的角度(不超過(guò)5o)，然后放開(kāi)小球讓它擺動(dòng)，用停表測(cè)量單擺完成30次全振動(dòng)（或50次）所用的時(shí)間（從小球來(lái)到平衡位置開(kāi)始計(jì)時(shí)），求出完成一次全振動(dòng)所需要的時(shí)間，這個(gè)平均時(shí)間就是單擺的周期.4.將測(cè)出的擺長(zhǎng)L和周期T代入公式求出g的值。5.變更擺長(zhǎng)重做兩次,并求出三次所得的g的平均值。三、實(shí)驗(yàn)步驟數(shù)據(jù)處理及誤差分析PART4每改變一次擺長(zhǎng)，將相應(yīng)的L和T代入公式中求出g值，最后求出g的平均值。設(shè)計(jì)如表所示實(shí)驗(yàn)表格實(shí)驗(yàn)次數(shù)擺長(zhǎng)l(m)周期T(s)重力加速度g(m/s2)g的平均值1

2

3

1.數(shù)據(jù)處理之平均值法：四、數(shù)據(jù)處理及誤差分析五、數(shù)據(jù)分析1.04320.80.50l/mT2/s22.數(shù)據(jù)之圖像法處理：g=T2=L作出T2-L圖像：斜率k=g=如果要求用圖像法來(lái)測(cè)定重力加速度，哪么應(yīng)該如何建立坐標(biāo)系？

作出L-T2圖像：注意事項(xiàng)PART51.應(yīng)選用長(zhǎng)度約1m不可伸縮細(xì)線。小球密度較大的金屬球，直徑應(yīng)較?。ㄗ詈貌怀^(guò)2㎝）。2.單擺的上端不要卷在夾子上，而要用夾子加緊，以免單擺擺動(dòng)時(shí)擺線滑動(dòng)或者擺長(zhǎng)改變，且l=L-d/2。3.最大擺角小于5o，可用量角器測(cè)量。4.要使單擺在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)，不要形成圓錐擺。

5.計(jì)算單擺的振動(dòng)次數(shù)時(shí)，應(yīng)從小球通過(guò)最低位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，同方向再次通過(guò)最低位置時(shí)，計(jì)數(shù)為1、2……6.改變懸線長(zhǎng)度多次測(cè)量，最后求出g的平均值。五、注意事項(xiàng)3.誤差分析

（2）．偶然誤差（1）主要來(lái)自于時(shí)間測(cè)量，測(cè)量時(shí)間時(shí)要求從擺球通過(guò)平衡位置開(kāi)始計(jì)

時(shí)，在記次數(shù)時(shí)不能漏記或多記。同時(shí)應(yīng)多次測(cè)量，再對(duì)多次測(cè)量結(jié)

果求平均值。（2）測(cè)長(zhǎng)度和擺球直徑時(shí)，讀數(shù)也容易產(chǎn)生誤差。例1.(2024江蘇常州聯(lián)盟校期中)“用單擺測(cè)重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中,為了盡可能減小實(shí)驗(yàn)誤差,下述操作中不合理的是

(

)A.擺線偏離豎直方向的最大角度小于5°B.減小擺球的質(zhì)量C.讓小球盡可能在同一豎直面內(nèi)擺動(dòng)D.當(dāng)小球通過(guò)平衡位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)B例2.(2024江蘇南京聯(lián)考)某同學(xué)利用單擺測(cè)得的重力加速度數(shù)值大于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊膶?shí)際值,造成這一情況的原因可能是

(

)A.開(kāi)始擺動(dòng)時(shí)振幅較小B.開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí),過(guò)早按下停表C.測(cè)量周期時(shí),誤將擺球(n-1)次全振動(dòng)的時(shí)間記為n次全振動(dòng)的時(shí)間D.測(cè)量擺長(zhǎng)時(shí),將懸點(diǎn)到小球上端邊緣的距離作為擺長(zhǎng)C例3.(2024廣東東莞中學(xué)期中)如圖1所示,某同學(xué)在“利用單擺測(cè)重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中,測(cè)得擺線長(zhǎng)為l,擺球直徑為d,然后用停表記錄了單擺n次全振動(dòng)所用的時(shí)間為t。則:(1)下列最合理的裝置是

。

C第二部分點(diǎn)擊在此輸入你的標(biāo)題內(nèi)容(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)量擺球直徑,示數(shù)如圖2所示,讀數(shù)為

mm。用停表記錄了單擺50次全振動(dòng)所用的時(shí)間,如圖3所示,為

s。

9.450(9.449~9.451均正確)100.0(3)甲同學(xué)選擇了合理的實(shí)驗(yàn)裝置后,測(cè)量出幾組不同擺長(zhǎng)L和周期T的數(shù)值,畫(huà)出如圖4所示的T2-L圖像中的實(shí)線a。乙同學(xué)也進(jìn)行了與甲同學(xué)同樣的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中將擺線長(zhǎng)作為擺長(zhǎng)L,測(cè)得多組周期T和L的數(shù)據(jù),作出的T2-L圖像,應(yīng)是圖4中的圖線

(選填“a”“b”“c”“d”或“e”)。(已知c、d兩條圖線和a平行)。

C例4.(2022·鄭州七中期末)在“用單擺測(cè)量重力加速度”實(shí)驗(yàn)中，(如圖所示)(1)下列操作正確的是________。A．甲圖：小球從偏離平衡位置60°開(kāi)始擺動(dòng)B．乙圖：細(xì)線上端用鐵夾子固定C．丙圖：小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)作為計(jì)時(shí)開(kāi)始與終止的位置D．丁圖：小球自由下垂時(shí)測(cè)量擺線的長(zhǎng)度BD

(2)某同學(xué)通過(guò)測(cè)量30次全振動(dòng)的時(shí)間來(lái)測(cè)量單擺的周期T，他在單擺經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)按下停表記為“1”，若同方向再次經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)記為“2”，在數(shù)到“30”時(shí)停止停表，讀出這段時(shí)間t，算出周期T＝t/30。其他操作步驟均正確。多次改變擺長(zhǎng)時(shí)，他均按此方法記錄多組數(shù)據(jù)，并繪制了T2－L圖像，則他繪制的圖像可能是________。D4(3)按照(2)中的操作，此同學(xué)獲得的重力加速度將______。(選填“偏大”“偏小”或“不變”)偏大例5.(2024山東淄博實(shí)驗(yàn)中學(xué)期中)在“用單擺測(cè)量重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中,某實(shí)驗(yàn)小組在測(cè)量單擺的周期時(shí),測(cè)得擺球N次全振動(dòng)的總時(shí)間為Δt。在測(cè)量單擺的擺長(zhǎng)時(shí),先用毫米刻度尺測(cè)得擺線長(zhǎng)度為l,再用游標(biāo)卡尺測(cè)得擺球的直徑為D?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)為了減小測(cè)量周期的誤差,實(shí)驗(yàn)時(shí)需要在適當(dāng)?shù)奈恢米饕粯?biāo)記,當(dāng)擺球通過(guò)該標(biāo)記時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),該標(biāo)記應(yīng)該在擺球擺動(dòng)軌跡的

。

A.最高點(diǎn)B.最低點(diǎn)C.任意位置B

(2)用題目中給出的字母表示出重力加速度大小為g=

。

(3)為了提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度,在實(shí)驗(yàn)中可多次改變擺長(zhǎng)L,并測(cè)出相應(yīng)的周期T,從而得出幾組對(duì)應(yīng)的L和T的數(shù)值,以L為橫坐標(biāo),T2為縱坐標(biāo),作出T2-L圖線,但同學(xué)們不