高考物理一輪總復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn) 探究單擺的運(yùn)動、用單擺測重力加速度課件 新人教版.ppt

實(shí)驗(yàn)十二探究單擺的運(yùn)動 用單擺測重力加速度 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 探究影響單擺運(yùn)動周期的因素 2 能正確熟練地使用秒表和游標(biāo)卡尺 3 學(xué)會用單擺測定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?實(shí)驗(yàn)原理 1 用控制變量法測量在擺角 擺球質(zhì)量和擺長分別不同的情況下單擺的周期 2 單擺在擺角小于5 時的振動是簡諧運(yùn)動 其固有周期為由此可得因此測出擺長l和周期t 即可計(jì)算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎?實(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺 帶鐵夾 中心有孔質(zhì)量不同的金屬小球三個 約1m長的細(xì)線三根 米尺一把 游標(biāo)卡尺 秒表等 實(shí)驗(yàn)過程 一 探究單擺的振動周期 一 探究過程1 研究t和a的關(guān)系 可先令m l g保持不變 改變振幅a的值 1 取擺長 擺球質(zhì)量均相同的兩單擺 展示單擺 單擺已固定在鐵架臺上 裝置如圖甲 2 將兩擺拉到不同高度同時釋放 擺角不能太大 3 觀察現(xiàn)象 兩擺球同步振動 2 研究t和m的關(guān)系 可令a l g不變 改變擺球的質(zhì)量m 1 取擺長相同 擺球質(zhì)量不同的兩單擺 裝置如圖乙 2 在擺角很小的情況下將兩擺拉到相同的高度同時釋放 3 觀察現(xiàn)象 兩擺球振動同步 3 研究t和l的關(guān)系 可令a m g不變 改變l的值 1 取擺球質(zhì)量相同 擺長不同的兩單擺 展示單擺 裝置如圖丙 2 將兩擺拉到相同的高度同時釋放 3 觀察現(xiàn)象 兩擺球振動不同步 且擺長越長 振動越慢 二 分析與結(jié)論1 研究t和a的關(guān)系時觀察到兩擺擺角不同即振幅不同 兩擺球振動同步 說明單擺的振動周期與振幅無關(guān) 2 研究t和m的關(guān)系時觀察到兩擺振動同步 說明單擺的振動周期與擺球的質(zhì)量無關(guān) 3 研究t和l的關(guān)系結(jié)論 單擺的振動周期與擺長有關(guān) 且擺長越長時周期越長 二 用單擺測重力加速度 一 實(shí)驗(yàn)步驟1 做單擺 選取一段長1m左右的細(xì)線 讓細(xì)線的一端穿過小球上的小孔 然后打一個比小孔稍大一些的線結(jié) 把線的上端用鐵夾固定在鐵架臺上 把鐵架臺放在實(shí)驗(yàn)桌邊 使鐵夾伸出桌面之外 讓擺球自由下垂 在單擺平衡位置處做上標(biāo)記 如圖所示 2 測擺長 用米尺量出懸線長l 精確到毫米 用游標(biāo)卡尺測量擺球的直徑d 也精確到毫米 l 就是單擺的擺長 3 測周期 把此單擺從平衡位置拉開一個角度 并使這個角度不大于5 然后釋放小球 當(dāng)擺球擺動穩(wěn)定后過平衡位置時按下秒表開始計(jì)時 測量單擺全振動30次 或50次 的時間 求出一次全振動的時間 即單擺的振動周期 反復(fù)測量三次 計(jì)算出測得的周期的平均值 4 改變擺長 重做幾次實(shí)驗(yàn) 二 數(shù)據(jù)處理1 公式法利用三次測得的單擺周期的平均值及對應(yīng)擺長 借助公式算出對應(yīng)的重力加速度g 然后求出幾次實(shí)驗(yàn)測出的g的平均值 2 圖像法由單擺的周期公式得因此以擺長l為縱軸 以t2為橫軸作出l t2的圖像 是一條通過原點(diǎn)的直線 如圖所示 求出圖線的斜率k 即可求得g值 誤差分析 1 系統(tǒng)誤差主要來自于單擺模型本身是否符合要求 即懸點(diǎn)是否固定 擺球和擺長是否符合要求 最大擺角是否不超過10 是否在同一豎直平面內(nèi)擺動等 2 偶然誤差 1 主要來自于時間測量 測量時間時要求從擺球通過平衡位置開始計(jì)時 在記次數(shù)時不能漏記或多記 同時應(yīng)多次測量 再對多次測量結(jié)果求平均值 2 測長度和擺球直徑時 讀數(shù)也容易產(chǎn)生誤差 秒表讀數(shù)讀到秒的十分位即可 注意事項(xiàng) 1 選擇細(xì)線時應(yīng)選擇細(xì) 輕而且不易伸長 長度約1米左右的細(xì)線 小球應(yīng)選密度較大 半徑較小的金屬球 2 單擺擺線的上端應(yīng)夾緊 不能卷在鐵夾的桿上 以免造成懸點(diǎn)不固定 擺長變化的現(xiàn)象 3 測量擺長時應(yīng)注意是懸點(diǎn)到球心的距離 等于擺線長加上小球半徑 注意擺線長與擺長的區(qū)別 4 要使單擺在豎直平面內(nèi)擺動 不要形成圓錐擺 5 要注意控制擺球的最大擺角不超過10 6 計(jì)算單擺的振動次數(shù)時 應(yīng)從小球通過最低位置時開始計(jì)時 同方向再次通過最低位置時 計(jì)數(shù)為1 2 7 改變懸線長度多次測量 最后求出g的平均值 實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 在用單擺測量重力加速度時 若所用的擺球質(zhì)量分布不均勻 不能用擺線長加球半徑得到單擺的擺長 我們采用如下方法解決這個問題 先量得從懸點(diǎn)到擺球頂部處的擺線長為l1 測得振動的周期為t1 改變擺長后 量得從懸點(diǎn)到擺球頂部處的擺線長為l2 測得振動的周期為t2 則 由 兩式可求得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?熱點(diǎn)1基本實(shí)驗(yàn)儀器使用與實(shí)驗(yàn)過程理解 典例1 2013 安徽高考改編 根據(jù)單擺周期公式可以通過實(shí)驗(yàn)測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?如圖甲所示 將細(xì)線的上端固定在鐵架臺上 下端系一小鋼球 就做成了單擺 1 用游標(biāo)卡尺測量小鋼球直徑 示數(shù)如圖乙所示 讀數(shù)為mm 2 以下是實(shí)驗(yàn)過程中的一些做法 其中不正確的有 a 擺線要選擇細(xì)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 釋放擺球 當(dāng)擺球振動穩(wěn)定后 從平衡位置開始計(jì)時 記下擺球做50次全振動所用的時間 t 則單擺周期t 標(biāo)準(zhǔn)解答 1 18 6 0 1 mm 18 6mm 2 擺線要選擇細(xì)些的 伸縮性小些的 并且盡可能長一些 擺球盡量選擇質(zhì)量大些 體積小些的 都是為了更加符合單擺的構(gòu)成條件 故a b是正確的 擺線相距平衡位置的角度 以不大于5 為宜 故c是錯誤的 拉開擺球 使擺線偏離平衡位置不大于5 釋放擺球 當(dāng)擺球振動穩(wěn)定后 從平衡位置開始計(jì)時 記下擺球做50次全振動所用的時間 t 則單擺周期故d對 答案 1 18 6 2 c 熱點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 典例2 2014 漳州模擬 某同學(xué)在 利用單擺測重力加速度 實(shí)驗(yàn)中 1 為使周期測量精確 計(jì)時起點(diǎn)應(yīng)從擺球經(jīng)過開始 2 某同學(xué)在計(jì)時時 錯將擺球完成30次全振動記為31次 則他測出的重力加速度值比真實(shí)值 選填 偏大 或 偏小 3 為了提高實(shí)驗(yàn)精度 在實(shí)驗(yàn)中可改變幾次擺長l 并測出相應(yīng)的周期t 從而得出一組對應(yīng)的l與t的數(shù)據(jù) 再以l為橫坐標(biāo) t2為縱坐標(biāo)將所得數(shù)據(jù)連成直線 并求得該直線的斜率為k 如圖所示 則重力加速度g 用k表示 標(biāo)準(zhǔn)解答 1 擺球在平衡位置速度大 經(jīng)過平衡位置時間短 計(jì)時準(zhǔn)確 使周期測量精確 2 設(shè)秒表計(jì)時的時間為t 則則t測 t真 據(jù)可知測出的重力加速度值比真實(shí)值偏大 3 由得即答案 1 平衡位置 2 偏大 3 1 在 用單擺測定重力加速度 的實(shí)驗(yàn)中 1 用二十分度的游標(biāo)卡尺測量擺球直徑的結(jié)果如圖所示 則小球的直徑為 mm 2 為了減小測量周期的誤差 擺球應(yīng)在經(jīng)過最 選填 高 或 低 點(diǎn)的位置時開始計(jì)時 并用秒表測量單擺完成多次全振動所用的時間求出周期 3 若用l表示擺長 單擺完成30次全振動所用時間為t 那么重力加速度的表達(dá)式為g 解析 1 游標(biāo)卡尺讀數(shù)方法 主尺讀數(shù) 對齊格數(shù) 精確度 17mm 3 0 05mm 17 15mm 2 擺球在最低點(diǎn)速度大 且在最低點(diǎn)做上標(biāo)記 計(jì)時更準(zhǔn)確 因此計(jì)時起終點(diǎn)都應(yīng)在擺球的最低點(diǎn) 3 將單擺的周期答案 1 17 15 2 低 3 2 在做 利用單擺測重力加速度 實(shí)驗(yàn)中 某同學(xué)先測得擺線長為89 2cm 擺球直徑為2 06cm 然后用秒表記錄了單擺振動30次全振動所用的時間如圖甲中秒表所示 則 1 該單擺的擺長為 cm 秒表所示讀數(shù)為 s 2 為了提高實(shí)驗(yàn)精度 在實(shí)驗(yàn)中可改變幾次擺長l 測出相應(yīng)的周期t 從而得出一組對應(yīng)的l與t的數(shù)值 再以l為橫坐標(biāo)t2為縱坐標(biāo) 將所得數(shù)據(jù)連成直線如圖乙所示 則測得的重力加速度g 3 現(xiàn)提供秒表 較長的細(xì)線 小鐵球等器材 要求測出一棵大樹樹干的直徑d 請你設(shè)計(jì)一個能實(shí)際操作的實(shí)驗(yàn) 簡要寫出實(shí)驗(yàn)方案 并寫出測得直徑的表達(dá)式 要注明式子中所用符號的含義 解析 1 單擺的擺長l l 90 23cm 秒表所示讀數(shù)為57 0s 2 由圖像斜率得 3 可取細(xì)線長度等于樹干周長制作一個單擺 用秒表測出單擺振動n次的時間t 則利用單擺周期公式可得樹干直徑答案 1 90 2357 0 2 9 86m s2 3 見解析 3 在 用單擺測定重力加速度 的實(shí)驗(yàn)中 1 測量單擺的周期時 某同學(xué)在擺球某次通過最低點(diǎn)時 按下停表開始計(jì)時 同時數(shù) 1 當(dāng)擺球第二次通過最低點(diǎn)時數(shù) 2 依此法往下數(shù) 當(dāng)他數(shù)到 59 時 按表停止計(jì)時 讀出這段時間t 則該單擺的周期為 2 在該實(shí)驗(yàn)中 如果擺球質(zhì)量分布不均勻 于是某同學(xué)設(shè)計(jì)了下面一種計(jì)算方法 第一次測量懸線長為l1 測得周期為t1 第二次測量懸線長為l2 測得周期為t2 由此可推算出重力加速度g 解析 1 58個二分之一周期即為時間t含有29個周期 該單擺的周期為 a對 2 設(shè)擺球重心距離系點(diǎn)為d 第一次測量時擺長為l1 d 由單擺的周期公式得第二次測量時擺長為l2 d 同理有聯(lián)立解得答案 1 a 2 4 某實(shí)驗(yàn)小組在利用單擺測定當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊膶?shí)驗(yàn)中 1 用游標(biāo)卡尺測定擺球的直徑 測量結(jié)果如圖所示 則該擺球的直徑為 cm 2 小組成員在實(shí)驗(yàn)過程中有如下說法 其中正確的是 選填選項(xiàng)前的字母 a 把單擺從平衡位置拉開30 的擺角 并在釋放擺球的同時開始計(jì)時b 測量擺球通過最低點(diǎn)100次的時間t 則單擺周期為c 用懸線的長度加擺球的直徑作為擺長 代入單擺周期公式計(jì)算得到的重力加速度值偏大d 選擇密度較小的擺球 測得的重力加速度值誤差較小 解析 1 游標(biāo)卡尺讀數(shù) 主尺 游標(biāo) 0 9cm 7 0 01cm 0 97cm 2 要使擺球做簡諧運(yùn)動 擺角應(yīng)小于10 應(yīng)選擇密度較大的擺球 阻力的影響較小 測得重力加速度誤差較小 a d錯 擺球通過最低點(diǎn)100次 完成50次全振動 周期是b錯 擺長應(yīng)是若用懸線的長度加直徑 則測出的重力加速度值偏大 答案 1 0 97 2 c 5 2012 上海高考 在 利用單擺測重力加速度 的實(shí)驗(yàn)中 1 某同學(xué)嘗試用dis測量周期 如圖 用一個磁性小球代替原先的擺球 在單擺下方放置一個磁傳感器 其軸線恰好位于單擺懸掛點(diǎn)正下方 圖中磁傳感器的引出端a應(yīng)接到 使單擺做小角度擺動 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度測量值最大時 磁性小球位于 若測得連續(xù)n個磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值之間的時間間隔為t 則單擺周期的測量值為 地磁場和磁傳感器的影響可忽略 2 多次改變擺長使單擺做小角度擺動 測量擺長l及相應(yīng)的周期t后 分別取l和t的