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高中物理第二章 机械振动第四节 用单摆测量重力加速度课文配套课件ppt
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这是一份高中物理第二章 机械振动第四节 用单摆测量重力加速度课文配套课件ppt，共26页。PPT课件主要包含了知识回顾，理想化模型，实验目的，用单摆测量重力加速度，实验原理，实验器材，实验步骤，测量摆长，测量周期，想一想等内容，欢迎下载使用。
简谐运动（ ）
回复力：摆球重力沿切线方向的分力
细线（伸缩性小）金属小球（开有通过球心的小孔，质量大、体积小）带有铁夹的铁架台毫米刻度尺夹子秒表游标卡尺等
1.让细线穿过金属小球上的小孔，在细线的穿出端打一个稍大一些的结，制成一个单摆。
2.将铁夹固定在铁架台上端，铁架台放在实验桌边，使铁夹伸出桌面，把单摆上端固定在铁夹上，使摆球自由下垂，并在单摆平衡位置处做上标记。
摆长 = 摆线长 + 摆球的半径
方法一：用刻度尺直接测量小球球心与悬挂点之间的距离。
方法二：用刻度尺测量从悬点到小球上端的摆线长L0，再用游标卡尺测量出摆球的直径d，则摆长L＝L0＋d/2。
将摆球从平衡位置拉开一个很小的角度，然后由静止释放摆球，使摆球在竖直面内摆动。以摆线通过平衡位置时开始计时，用秒表测出单摆完成n次（如50次）全振动的时间t，计算出平均完成一次全振动的时间 ，即为单摆的振动周期。
5.改变摆长，重复做几次实验，将数据记录在表上。
1.下图画出了细线上端的两种悬挂方式。应该选用哪种方式? 为什么？
2.为什么不是测量一次全振动的时间作为周期，而是要测量多次全振动的时间，然后通过计算求出周期？ 3.记录振动次数时，为什么要以摆线通过平衡位置时开始计时？
每改变一次摆长，将相应的L和T代入公式 中求出g值，最后求出 。
1．系统误差：主要来源于单摆模型本身。
如:悬点没有固定；摆线较短、摆球体积较大，摆球不可以看成质点；摆线的伸缩性较大，不可忽略；摆动时摆角较大；摆球的摆动不是在竖直平面内的摆动，而是形成了圆锥摆等等。
2．偶然误差：测量时间、摆长时产生的误差。
如：测量n次全振动所用的时间时，多计或少计了振动次数；用刻度尺测量摆线长时的读数误差；测量摆长时忘记加上小球的半径等等。
1. 选择细而不易伸长的线，长度一般不应短于1 m；摆球应选用密度较大、直径较小的金属球。2．摆动时摆线偏离竖直方向的角度应很小。3．摆球摆动时，要使之保持在同一竖直平面内，不要形成圆锥摆。4.计算单摆的全振动次数时，应从摆球通过最低位置时开始计时，要测n次全振动的时间t。
想一想：还有哪些方法可以测量重力加速度？
1.在用单摆测量重力加速度的实验中，下面的叙述哪些是正确的，哪些是错误的？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，使摆角较大D.用刻度尺测量摆线的长度，这就是单摆的摆长E.释放摆球，从摆球经过平衡位置开始计时，记下摆球做50次全振动所用的时间t，则单摆周期T=t/50
【答案】A、B、E正确，C、D错误。
（1）双线摆的振动周期T=________，双线摆的等效摆长L=________。（2）依据公式g=________代入周期T和等效摆长L的值，即可求出重力加速度。
3.利用如图所示的装置做“用单摆测重力加速度”的实验。(1)实验室有如下器材可供选用：A.长约1m的细线 B.长约1m的橡皮绳C.直径约2cm的均匀铁球 D.直径约5cm的均匀木球E.秒表 F.时钟G.10分度的游标卡尺 H.最小刻度为毫米的米尺用了游标卡尺和米尺后，还需要从上述器材中选择__________(填写器材前面的字母)。
(2)用10分度的游标卡尺测量小球的直径d，测量的示数如下图所示，读出小球直径的值为_________ mm。
【解析】主尺读数18mm，游标尺读数0.1×6mm=0.6mm，小球直径为18.6mm。
(3)将符合实验要求的单摆悬挂在铁架台上，将其上端固定，下端自由下垂。用米尺测量摆线长度为l0，小球在竖直平面内小角度平稳摆动后，测得小球完成n次全振动的总时间为t请写出重力加速度的表达式g= ______。(用l0、d、n、t表示)
4.在用单摆测定重力加速度的实验中，若测得g值偏小，可能是由于（ ）A．计算摆长时，只考虑悬线长，未加小球半径B．计算摆长时，将悬线长加上小球直径C．测量周期时，将n次全振动误记成n+1次全振动D．单摆振动时，振幅较小
【解析】根据 ，得 。
1.甲、乙两个学习小组分别利用单摆测量重力加速度。（1）甲组同学采用图甲所示的实验装置。①实验中，有人提出以下几点建议，其中对提高测量结果精确度有利的是( )A．适当加长摆线B．质量相同、体积不同的摆球，应选用体积较大的C．单摆偏离平衡位置的角度不能太大D．当单摆经过平衡位置时开始计时，经过一次全振动后停止计时，用此时间间隔作为单摆振动的周期
②用秒表记录了单摆振动50次所用的时间如图所示，秒表读数为_______s。
【解析】秒表读数为90s+10.2s=100.2s。
③在测量周期时，摆球振动过程中悬点处摆线的固定出现松动，摆长略微变长，这将会导致所测重力加速度的数值______（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
（2）乙组同学在图甲所示装置的基础上再增加一个速度传感器，如图乙所示。将摆球拉开一小角度使其做简谐运动，速度传感器记录了摆球振动过程中速度随时间变化的关系，如图丙所示。
①由图丙可知，该单摆的周期T=________s。
简谐运动（ ）
回复力：摆球重力沿切线方向的分力
细线（伸缩性小）金属小球（开有通过球心的小孔，质量大、体积小）带有铁夹的铁架台毫米刻度尺夹子秒表游标卡尺等
1.让细线穿过金属小球上的小孔，在细线的穿出端打一个稍大一些的结，制成一个单摆。
2.将铁夹固定在铁架台上端，铁架台放在实验桌边，使铁夹伸出桌面，把单摆上端固定在铁夹上，使摆球自由下垂，并在单摆平衡位置处做上标记。
摆长 = 摆线长 + 摆球的半径
方法一：用刻度尺直接测量小球球心与悬挂点之间的距离。
方法二：用刻度尺测量从悬点到小球上端的摆线长L0，再用游标卡尺测量出摆球的直径d，则摆长L＝L0＋d/2。
将摆球从平衡位置拉开一个很小的角度，然后由静止释放摆球，使摆球在竖直面内摆动。以摆线通过平衡位置时开始计时，用秒表测出单摆完成n次（如50次）全振动的时间t，计算出平均完成一次全振动的时间 ，即为单摆的振动周期。
5.改变摆长，重复做几次实验，将数据记录在表上。
1.下图画出了细线上端的两种悬挂方式。应该选用哪种方式? 为什么？
2.为什么不是测量一次全振动的时间作为周期，而是要测量多次全振动的时间，然后通过计算求出周期？ 3.记录振动次数时，为什么要以摆线通过平衡位置时开始计时？
每改变一次摆长，将相应的L和T代入公式 中求出g值，最后求出 。
1．系统误差：主要来源于单摆模型本身。
如:悬点没有固定；摆线较短、摆球体积较大，摆球不可以看成质点；摆线的伸缩性较大，不可忽略；摆动时摆角较大；摆球的摆动不是在竖直平面内的摆动，而是形成了圆锥摆等等。
2．偶然误差：测量时间、摆长时产生的误差。
如：测量n次全振动所用的时间时，多计或少计了振动次数；用刻度尺测量摆线长时的读数误差；测量摆长时忘记加上小球的半径等等。
1. 选择细而不易伸长的线，长度一般不应短于1 m；摆球应选用密度较大、直径较小的金属球。2．摆动时摆线偏离竖直方向的角度应很小。3．摆球摆动时，要使之保持在同一竖直平面内，不要形成圆锥摆。4.计算单摆的全振动次数时，应从摆球通过最低位置时开始计时，要测n次全振动的时间t。
想一想：还有哪些方法可以测量重力加速度？
1.在用单摆测量重力加速度的实验中，下面的叙述哪些是正确的，哪些是错误的？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，使摆角较大D.用刻度尺测量摆线的长度，这就是单摆的摆长E.释放摆球，从摆球经过平衡位置开始计时，记下摆球做50次全振动所用的时间t，则单摆周期T=t/50
【答案】A、B、E正确，C、D错误。
（1）双线摆的振动周期T=________，双线摆的等效摆长L=________。（2）依据公式g=________代入周期T和等效摆长L的值，即可求出重力加速度。
3.利用如图所示的装置做“用单摆测重力加速度”的实验。(1)实验室有如下器材可供选用：A.长约1m的细线 B.长约1m的橡皮绳C.直径约2cm的均匀铁球 D.直径约5cm的均匀木球E.秒表 F.时钟G.10分度的游标卡尺 H.最小刻度为毫米的米尺用了游标卡尺和米尺后，还需要从上述器材中选择__________(填写器材前面的字母)。
(2)用10分度的游标卡尺测量小球的直径d，测量的示数如下图所示，读出小球直径的值为_________ mm。
【解析】主尺读数18mm，游标尺读数0.1×6mm=0.6mm，小球直径为18.6mm。
(3)将符合实验要求的单摆悬挂在铁架台上，将其上端固定，下端自由下垂。用米尺测量摆线长度为l0，小球在竖直平面内小角度平稳摆动后，测得小球完成n次全振动的总时间为t请写出重力加速度的表达式g= ______。(用l0、d、n、t表示)
4.在用单摆测定重力加速度的实验中，若测得g值偏小，可能是由于（ ）A．计算摆长时，只考虑悬线长，未加小球半径B．计算摆长时，将悬线长加上小球直径C．测量周期时，将n次全振动误记成n+1次全振动D．单摆振动时，振幅较小
【解析】根据 ，得 。
1.甲、乙两个学习小组分别利用单摆测量重力加速度。（1）甲组同学采用图甲所示的实验装置。①实验中，有人提出以下几点建议，其中对提高测量结果精确度有利的是( )A．适当加长摆线B．质量相同、体积不同的摆球，应选用体积较大的C．单摆偏离平衡位置的角度不能太大D．当单摆经过平衡位置时开始计时，经过一次全振动后停止计时，用此时间间隔作为单摆振动的周期
②用秒表记录了单摆振动50次所用的时间如图所示，秒表读数为_______s。
【解析】秒表读数为90s+10.2s=100.2s。
③在测量周期时，摆球振动过程中悬点处摆线的固定出现松动，摆长略微变长，这将会导致所测重力加速度的数值______（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
（2）乙组同学在图甲所示装置的基础上再增加一个速度传感器，如图乙所示。将摆球拉开一小角度使其做简谐运动，速度传感器记录了摆球振动过程中速度随时间变化的关系，如图丙所示。
①由图丙可知，该单摆的周期T=________s。
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