2019高考物理一輪復習 第十四章 機械振動 機械波 光學 實驗14 探究單擺的運動 用單擺測定重力加速度課件 新人教版.ppt

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實驗14探究單擺的運動用單擺測定重力加速度 一 實驗目的1 會用單擺測定重力加速度 2 會使用停表 二 實驗原理 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1m 停表 刻度尺和游標卡尺 四 實驗步驟1 做單擺 取約1m長的細絲線穿過帶孔的小鋼球 并打一個比小孔大一些的結 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l l 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30 50次的總時間 算出平均每擺動一次的時間 即為單擺的振動周期 4 改變擺長 重做幾次實驗 五 數(shù)據(jù)處理1 公式法將幾次測得的周期T和擺長l分別代入關系式g 算出各組數(shù)據(jù)對應的重力加速度g的值 再算出g的平均值 即為當?shù)氐闹亓铀俣鹊闹?2 圖象法 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 且偏角小于5 不要形成圓錐擺 命題點一 命題點二 命題點三 實驗原理與操作例1 2017 四川眉山期中 根據(jù)單擺周期公式T 2 可以通過實驗測量出當?shù)氐闹亓铀俣?如圖甲所示 將細線的上端固定在鐵架臺上 下端系一小鋼球 就做成了單擺 命題點一 命題點二 命題點三 1 用游標卡尺測量小鋼球直徑 示數(shù)如圖乙所示 讀數(shù)為mm 命題點一 命題點二 命題點三 2 多選 以下是實驗過程中的一些做法 其中正確的有 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 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 當擺球擺動穩(wěn)定后 從平衡位置開始計時 記下擺球做50次全振動所用的時間 t 則單擺周期T 命題點一 命題點二 命題點三 答案 1 18 6 2 ABE解析 1 十分度游標尺的第6個刻度線與主尺刻度線對齊 所以讀數(shù)為18 6mm 2 對于單擺 擺線質量可忽略且不可伸長 所以應選伸縮性小的細線 擺球應選密度較大 體積小的鋼球 為使擺的周期大一些 由 命題點一 命題點二 命題點三 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 多次測量取平均值 對停表要正確讀數(shù)等 2 游標卡尺是重要的測量儀器 讀數(shù)規(guī)則是讀數(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) 命題點一 命題點二 命題點三 數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2在探究單擺周期與擺長關系的實驗中 1 關于安裝儀器及測量時的一些實驗操作 下列說法正確的是 A 用最小刻度為毫米的刻度尺測出擺線的長度 記為擺長lB 先將擺球和擺線放在水平桌面上測量擺長l 再將單擺懸掛在鐵架臺上C 使擺線偏離豎直方向某一角度 接近5 然后由靜止釋放擺球D 測出擺球兩次通過最低點的時間間隔記為此單擺振動的周期 命題點一 命題點二 命題點三 2 實驗測得的數(shù)據(jù)如下表所示 請將測量數(shù)據(jù)標在圖中 并在圖中作出T2隨l變化的關系圖象 命題點一 命題點二 命題點三 3 根據(jù)數(shù)據(jù)及圖象可知單擺周期的二次方與擺長的關系是 4 根據(jù)圖象 可求得當?shù)氐闹亓铀俣葹閙 s2 取3 14 結果保留三位有效數(shù)字 答案 1 C 2 如圖所示 3 成正比 4 9 86 命題點一 命題點二 命題點三 解析 1 本實驗中 應將擺球和擺線組成單擺之后再測量其擺長 擺長應為懸點到擺球球心的距離 故A B錯誤 測量單擺的周期時 應為相鄰兩次通過最低點并且通過最低點的速度方向相同 即單擺做一次全振動 這段時間才為一個周期 為了減小誤差 須測量單擺的多個周期 然后再取平均值求出一個周期 故D錯誤 單擺在擺角小于5 時可認為做簡諧運動 故C正確 2 通過描點 連線可得到單擺的T2 l圖象 近似為一條直線 見答案圖 3 通過作出的圖象說明單擺周期的二次方和擺長成正比 命題點一 命題點二 命題點三 應用單擺的周期公式T 2 時要注意 1 l為等效擺長 是從懸點到擺球重心的距離 要區(qū)分擺長和擺線長 2 懸點實質為擺球擺動所在圓弧的圓心 命題點一 命題點二 命題點三 實驗拓展與創(chuàng)新例3 1 在探究單擺周期與擺長的關系實驗中 兩位同學用游標卡尺測量小球的直徑的操作如圖甲 乙所示 測量方法正確的是 選填 甲 或 乙 命題點一 命題點二 命題點三 2 實驗時 若擺球在垂直紙面的平面內擺動 為了將人工記錄振動次數(shù)改為自動記錄振動次數(shù) 在擺球運動的最低點的左 右兩側分別放置一激光光源與光敏電阻 如圖丙所示 光敏電阻與某一自動記錄儀相連 該儀器顯示的光敏電阻阻值R隨時間t的變化圖線如圖丁所示 則該單擺的振動周期為 若保持懸點到小球頂點的繩長不變 改用直徑是原小球直徑2倍的另一小球進行實驗 則該單擺的周期將 選填 變大 不變 或 變小 圖丁中的 t將 選填 變大 不變 或 變小 命題點一 命題點二 命題點三 答案 1 乙 2 2t0變大變大解析 1 應該用游標卡尺兩外測量爪對齊的地方測量 正確的是圖乙 2 一個周期內小球是兩次經過最低點 使光敏電阻的阻值發(fā)生變化 故周期應為t1 2t0 t1 2t0 小球的直徑變大后 擺長變長 周期變大 同時小球直徑變大后使得每次經過最低點時擺球擋光的時間變長 即 t變大 1 用單擺測定重力加速度的實驗裝置如圖所示 1 組裝單擺時 應在下列器材中選用 選填選項前的字母 A 長度為1m左右的細線B 長度為30cm左右的細線C 直徑為1 8cm的塑料球D 直徑為1 8cm的鐵球 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 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 請計算出第3組實驗中的T s g m s2 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 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 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 如圖所示 由于家里只有一把量程為30cm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 解析 1 單擺模型需要滿足的兩個基本條件是 擺線長遠大于小球的直徑和小球的密度越大越好 所以應選A D 4 b圖線為正確圖線 a圖線與b圖線相比 測量的周期相同時 擺長短 說明測量擺長偏小 A錯誤 c圖線與b圖線相比 測量擺長相同時 周期偏小 可能出現(xiàn)的原因是多記了全振動次數(shù) 所以B正確 2 2017 四川成都期末 某同學在用單擺測定重力加速度的實驗中進行了如下的操作 1 用游標卡尺測量擺球的直徑如圖甲所示 可讀出擺球的直徑為cm 把擺球用細線懸掛在鐵架臺上 測量擺線長 通過計算得到擺長l 2 用停表測量單擺的周期 當單擺擺動穩(wěn)定且到達最低點時開始計時并記為1 單擺每經過最低點計一次數(shù) 當數(shù)到n 60時停表的示數(shù)如圖乙所示 該單擺的周期是T s 結果保留三位有效數(shù)字 3 測量出多組周期T 擺長l的數(shù)值后 畫出T2 l圖線如圖丙所示 此圖線斜率的物理意義是 4 在 3 中 描點時若誤將擺線長當作擺長 那么畫出的直線將不通過原點 由圖線斜率得到的重力加速度與原來相比 其大小 A 偏大B 偏小C 不變D 都有可能 答案 1 2 06 2 2 29 3 C 4 C 3 某同學利用單擺測量重力加速度 1 為了使測量誤差盡量小 下列說法正確的是 填選項字母 A 組裝單擺須選用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1m的單擺 實驗時 由于僅有量程為20cm 精度為1mm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 用上述測量結果 寫出重力加速度的表達式g 解析 1 應選用密度較大且直徑較小的擺球 A錯 在擺動中要盡力保證擺長不變 故應選用不易伸長的細線 B對 擺動中要避免單擺成為圓錐擺 擺球要在同一豎直面內擺動 C對 擺動中擺角要控制在5 以內 所以D錯