【講與練】高中物理人教版(2019)選擇性必修1：2.5 實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)量重力加速度課件

第二章機(jī)械振動(dòng)5．實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)量重力加速度課前預(yù)習(xí)反饋課內(nèi)互動(dòng)探究課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)目標(biāo)體系構(gòu)建目標(biāo)體系構(gòu)建1．明確用單擺測(cè)定重力加速度的原理和方法。2．知道如何選擇實(shí)驗(yàn)器材，能熟練地使用停表。3．會(huì)用游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球的直徑，會(huì)測(cè)量實(shí)際單擺的擺長(zhǎng)。4．會(huì)測(cè)量單擺的振動(dòng)時(shí)間，用平均值法求周期。5．會(huì)用平均值法、圖像法求重力加速度。6．通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，數(shù)據(jù)處理能力及實(shí)事求是的科學(xué)思想。課前預(yù)習(xí)反饋

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

知識(shí)點(diǎn)

1通過(guò)測(cè)量擺長(zhǎng)、周期，利用公式g＝________測(cè)出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。?shí)驗(yàn)器材

知識(shí)點(diǎn)

2鐵架臺(tái)及鐵夾、金屬小球(上面有一個(gè)通過(guò)球心的小孔)、_______、細(xì)線(長(zhǎng)1m左右)、刻度尺(最小刻度為1mm)、___________。秒表游標(biāo)卡尺實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)

知識(shí)點(diǎn)

31．實(shí)驗(yàn)的基本思想——理想化模型：?jiǎn)螖[在偏角很小(不大于5°)時(shí)的運(yùn)動(dòng)，可以看成_______運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)諧3．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)——兩個(gè)物理量的測(cè)量方法。(1)單擺長(zhǎng)度的測(cè)量。用_________測(cè)量單擺的線長(zhǎng)，用___________測(cè)量擺球的直徑。擺長(zhǎng)即擺線靜止時(shí)從懸點(diǎn)到球心間的距離。(2)單擺周期的測(cè)量。測(cè)出單擺n次全振動(dòng)的總時(shí)間t，單擺周期為T＝________?？潭瘸哂螛?biāo)卡尺課內(nèi)互動(dòng)探究情境導(dǎo)入某同學(xué)利用如圖所示的裝置測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取?1)測(cè)量周期從什么位置開始計(jì)時(shí)？(2)采用什么樣的方法處理數(shù)據(jù)較好？提示：(1)小球通過(guò)最低位置時(shí)(2)圖像法要點(diǎn)提煉一、實(shí)驗(yàn)步驟：1．做單擺：將線的一端穿過(guò)小球的小孔，并打一比孔大的結(jié)。然后把線的上端用鐵夾固定于鐵架臺(tái)上，在平衡位置處做上標(biāo)記。4．變擺長(zhǎng)：將單擺的擺長(zhǎng)變短(或變長(zhǎng))，重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次，測(cè)出相應(yīng)的擺長(zhǎng)l和周期T。二、數(shù)據(jù)收集與分析1．公式法：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)如下所示實(shí)驗(yàn)表格2．測(cè)量、操作不夠準(zhǔn)確造成偶然誤差：(1)擺長(zhǎng)的測(cè)量存在誤差。(2)測(cè)n次全振動(dòng)的時(shí)間t存在誤差。(3)作圖存在誤差?？键c(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理及操作典例剖析

(2023·浙江省諸暨中學(xué)高二期中)在“探究單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中：(1)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)提供的器材有：鐵架臺(tái)、夾子、秒表、游標(biāo)卡尺。除此之外，還需要的器材有_________。A．長(zhǎng)度約為1m的細(xì)線B．長(zhǎng)度約為30cm的細(xì)線C．直徑約為2cm的鋼球D．直徑約為2cm的木球E．分度值為1cm的直尺F．分度值為1mm的直尺典例1ACF(2)有三位同學(xué)用鐵架臺(tái)搭建好單擺(如圖所示)其中懸掛方式最佳的是圖_____。甲(3)擺球直徑用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量方法和游標(biāo)刻度如圖所示，則擺球的直徑是_____________cm。1.404(4)在做單擺實(shí)驗(yàn)時(shí)得到如圖甲所示的單擺振動(dòng)情形，O是它的平衡位置，B、C是擺球所能到達(dá)的左右最遠(yuǎn)位置。小明通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間＝9.8m/s2，并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況繪制了單擺的振動(dòng)圖像如圖乙所示。設(shè)圖中單擺向右擺動(dòng)為正方向，g≈π2，則下列選項(xiàng)正確的是()A．此單擺的振動(dòng)頻率是0.5HzB．根據(jù)圖乙可知開始計(jì)時(shí)擺球在C點(diǎn)C．圖中P點(diǎn)向正方向振動(dòng)D．根據(jù)已知數(shù)據(jù)可以求得此單擺的擺長(zhǎng)為1.0mAD(2)結(jié)合實(shí)際操作可知，擺動(dòng)過(guò)程中擺長(zhǎng)l不能變化，根據(jù)三個(gè)圖可知，圖甲擺球在擺動(dòng)過(guò)程中，擺長(zhǎng)l不會(huì)變化，故選甲。(3)游標(biāo)卡尺測(cè)得的擺球的直徑：14mm＋0.02×2mm＝14.04mm＝1.404cm。

(2023·江蘇海安實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二月考)在用“單擺測(cè)量重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中：(1)下面敘述正確的是_________(選填選項(xiàng)前的字母)A．1m和30cm長(zhǎng)度不同的同種細(xì)線，選用1m的細(xì)線做擺線B．直徑為1.8cm的塑料球和鐵球，選用鐵球做擺球C．如圖甲、乙所示，擺線上端的兩種懸掛方式，選乙方式懸掛D．當(dāng)單擺經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，50次經(jīng)過(guò)平衡位置后停止計(jì)時(shí)，用此時(shí)間除以50作為單擺振動(dòng)的周期對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?ABC(2)若測(cè)出單擺的周期T、擺線長(zhǎng)l、擺球直徑d，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝__________(用測(cè)出的物理量表示)。(3)某同學(xué)用一個(gè)鐵鎖代替小球做實(shí)驗(yàn)。只改變擺線的長(zhǎng)度，測(cè)量了擺線長(zhǎng)度分別為l1和l2時(shí)單擺的周期T1和T2，則可得重力加速度g＝

____________(用測(cè)出的物理量表示)；若不考慮測(cè)量誤差，計(jì)算均無(wú)誤，算得的g值和真實(shí)值相比是_______(選填“偏大”“偏小”或“一致”)的；該同學(xué)測(cè)量了多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了T2－l圖像，該圖像對(duì)應(yīng)下列的_____圖。一致B解析：(1)1m和30cm長(zhǎng)度不同的同種細(xì)線，選用1m的細(xì)線做擺線可減小誤差，A正確；直徑為1.8cm的塑料球和鐵球，選用鐵球做擺球，這樣可以減少空氣阻力的影響，B正確；實(shí)驗(yàn)時(shí)，若運(yùn)用甲懸掛方式，單擺在擺動(dòng)的過(guò)程中，擺長(zhǎng)在變化，對(duì)測(cè)量有影響，運(yùn)用乙懸掛方式，擺長(zhǎng)不變，則乙懸掛方式較好，C正確；因?yàn)閿[球在平衡位置時(shí)速度最大，在平衡位置計(jì)時(shí)誤差較小，當(dāng)單擺經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，50次經(jīng)過(guò)平衡位置后停止計(jì)時(shí)，用此時(shí)間除以25作為單擺振動(dòng)的周期，D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)二數(shù)據(jù)分析與處理典例剖析(2022·濟(jì)南一中高二期中)在“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中：(1)用秒表測(cè)時(shí)間時(shí)為盡量減小誤差，應(yīng)從擺球通過(guò)_________(選填“最高點(diǎn)”或“最低點(diǎn)”)時(shí)開始計(jì)時(shí)。典例2最低點(diǎn)(2)若已知擺球直徑為2.00cm，讓刻度尺的零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)擺線的懸點(diǎn)，擺線豎直下垂，如圖甲所示，則單擺擺長(zhǎng)是________________m。0.876

0(3)實(shí)驗(yàn)中若測(cè)定了40次全振動(dòng)的時(shí)間如圖乙秒表所示，則秒表讀數(shù)是___________s，單擺擺動(dòng)周期是___________s。為了提高測(cè)量精度，需多次改變l值，并測(cè)得相應(yīng)的T值?，F(xiàn)將測(cè)得的六組數(shù)據(jù)標(biāo)示在以l為橫坐標(biāo)，以T2為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系上，即圖中用“·”表示的點(diǎn)，則：①單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)應(yīng)滿足的條件是_______________。75.61.89擺角小于5°

②試根據(jù)圖中給出的數(shù)據(jù)點(diǎn)作出T2和l的關(guān)系圖線，根據(jù)圖線可求出g＝_________________________________m/s2。(結(jié)果取兩位有效數(shù)字)9.8(9.6～9.9也正確)解析：(1)因?yàn)閿[球在最低點(diǎn)時(shí)的速度最大，所以在最低點(diǎn)作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)誤差最小。(2)擺球下邊緣與懸掛點(diǎn)的距離為88.60cm，故擺長(zhǎng)為88.60cm－1.00cm＝87.60cm＝0.8760m。

(2023·北京師大附中高二檢測(cè))小雷在做“利用單擺測(cè)重力加速度”實(shí)驗(yàn)中，先測(cè)得擺線長(zhǎng)為97.20cm；用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)得小球直徑如圖所示，然后用秒表記錄了單擺全振動(dòng)50次所用的時(shí)間。則：(1)小球直徑為_____________cm。(2)如果他在實(shí)驗(yàn)中誤將49次全振動(dòng)數(shù)為50次，測(cè)得的g值_______(選填“偏大”“偏小”或“準(zhǔn)確”)。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?2.980偏大

(3)他以擺長(zhǎng)(L)為橫坐標(biāo)、周期的二次方(T2)為縱坐標(biāo)作出了T2－L圖線，由圖像測(cè)得的圖線的斜率為k，則測(cè)得的重力加速度g＝______。(用題目中給定的字母表示)(4)小雷根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的圖像如圖所示，造成圖像不過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的原因可能是_____________________________。測(cè)量擺長(zhǎng)時(shí)未計(jì)入擺球的半徑解析：(1)由題圖可知，小球的直徑D＝29mm＋0.05mm×16＝29.80mm＝2.980cm。課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)1．(2022·江蘇鎮(zhèn)江高二期末)某同學(xué)利用圖甲所示裝置進(jìn)行“用單擺測(cè)量重力加速度”的實(shí)驗(yàn)。(1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球直徑時(shí)的示數(shù)如圖乙所示，其示數(shù)為___________cm；(2)下列關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的操作說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是_____；A．?dāng)[線要選擇細(xì)些且伸縮性小些的B．?dāng)[球盡量選擇質(zhì)量大些且體積小些的C．應(yīng)控制擺球在豎直面內(nèi)擺動(dòng)D．應(yīng)從擺球經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)開始計(jì)時(shí)0.75D(3)下列情形中，會(huì)使重力加速度的測(cè)量值比當(dāng)?shù)氐膶?shí)際值偏小的是_______；A．?dāng)[球質(zhì)量過(guò)大B．?dāng)[動(dòng)中，擺線上端松動(dòng)C．計(jì)時(shí)開始時(shí)，未及時(shí)按下秒表D．誤將50次全振動(dòng)記錄為49次BD(4)該同學(xué)改變擺長(zhǎng)L，測(cè)出周期T，得到多組數(shù)據(jù)后，作出的L－T2圖線如圖丙所示，按π2取9.86計(jì)算，則根據(jù)圖線可求得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝___________m/s2；(5)另一同學(xué)作出的L－T2圖線如圖丁所示，據(jù)此判斷該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的一處失誤是_____________________。9.86擺長(zhǎng)少加了球的半徑

解析：(1)根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則，可知小球的直徑為d＝7mm＋0.1×5mm＝7.5mm＝0.75cm。(2)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，擺線要選擇細(xì)些且伸縮性小些的，A不符合題意；為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，擺球盡量選擇質(zhì)量大些且體積小些的，B不符合題意；為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)控制擺球在豎直面內(nèi)擺動(dòng)，C不符合題意；為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)從擺球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，D符合題意。在擺球質(zhì)量過(guò)大、其他準(zhǔn)確的情況下，不影響重力加速度大小的測(cè)量，A錯(cuò)誤；擺動(dòng)中，擺線上端松動(dòng)，導(dǎo)致擺長(zhǎng)增大，從而使擺長(zhǎng)測(cè)量值偏小，重力加速度測(cè)量值小于實(shí)際值，B正確；計(jì)時(shí)開始時(shí)，未及時(shí)按下秒表，導(dǎo)致周期測(cè)量值偏小，重力加速度測(cè)量值大于實(shí)際值，C錯(cuò)誤；誤將50次全振動(dòng)記錄為49次，導(dǎo)致周期測(cè)量值變大，重力加速度測(cè)量值小于實(shí)際值，D正確。2.(2023·山東新高考模擬卷)某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，?shí)驗(yàn)室提供的選用器材有：A．長(zhǎng)約1m的細(xì)線B．長(zhǎng)約1m的彈性繩C．直徑約2cm的實(shí)心鐵球D．直徑約2cm的實(shí)心橡皮球E．米尺F．卷尺G．手表

H．秒表(1)本實(shí)驗(yàn)需要從上述器材選擇：___________(填器材前面的序號(hào))；(2)在挑選合適的器材制成單擺后，該同學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：組次12345擺長(zhǎng)l/cm50.0060.0070.0090.00100.0050次全振動(dòng)時(shí)間t/s71.078.084.095.5

振動(dòng)周期T/s1.421.561.681.912.01重力加速度g/(m·s－2)9.789.72

9.739.76請(qǐng)計(jì)算出數(shù)據(jù)表中第3組的g＝___________m/s