物理5 实验：用单摆测量重力加速度课文配套课件ppt

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1．明确用单摆测量重力加速度的原理和方法。2．知道如何选择实验器材，能熟练地使用秒表。3．学会用单摆测当地的重力加速度，掌握减小实验误差的方法。
必备知识·自主预习储备
类型一　实验原理与操作【典例1】　某实验小组的同学用如图所示的装置做“用单摆测量重力加速度”实验。
探究重构·关键能力达成
(1)实验时除用到停表、刻度尺外，还应该用到下列器材中的______(选填选项前的字母)。A．长约1 m的橡皮绳B．长约1 m的细线C．直径约2 cm的匀质铁球D．直径约10 cm的匀质木球
(2)组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，这样做的目的是_____。A．保证摆动过程中摆长不变B．使周期测量更加准确C．保证摆球在同一竖直平面内摆动D．需要改变摆长时便于调节
(3)某同学做实验时，测量出摆线长l后，忘记测量摆球直径，画出了T2-l图像，该图像对应下列图中的____。
A　 　　　B　　　　C　 　 　D
(4)为了减小实验误差，应该从摆球经过________(选填“最高点”或“最低点”)位置时候开始计时。
[解析]　(1)为减小实验误差，实验时摆线的长度不能变化，所以需要长约1 m的细线，故A错误，B正确；为减小空气阻力，摆球的密度要大，体积要小，所以需要直径约2 cm的匀质铁球，故C正确，D错误。(2)铁架台的铁夹将橡皮夹紧，实验中防止摆线的长度改变，故A正确；周期测量是否更加准确主要取决于计时仪器，B错误；摆球是否在同一竖直平面内摆动，与实验仪器无关，故C错误；用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，在需要改变摆长的长度时，方便调节摆长，故D正确。
类型二　数据处理和误差分析【典例2】　某同学在“用单摆测量重力加速度”的实验中进行了如下的操作：(1)用游标尺为10分度(测量值可精确到0.1 mm)的游标卡尺测量摆球直径d，游标卡尺的示数如图甲所示，摆球直径为________cm。把摆球用细线悬挂在铁架台上，测量摆线长l0，通过计算得到摆长L。
(2)用停表测量单摆的周期。当单摆摆动稳定且到达最低点时开始计时并计数为0，单摆每经过最低点一次计数一次，当数到n＝60时停表的示数如图乙所示，该单摆的周期是T＝________s(结果保留三位有效数字)。
(3)①测量出多组周期T、摆长L的数值后，画出T 2-L图像如图丙，造成图线不过坐标原点的原因可能是_____。A．摆球的振幅过小B．将l0计为摆长LC．将( l0＋d )计为摆长LD．摆球质量过大②根据图丙得出的g测量值________(选填“偏大”或“不受影响”)。
(4)在测量过程中，下列操作合理的是____。A．先测量好摆长，再将单摆悬挂到铁架台上B．释放单摆时，摆角尽量大些，以便观察C．单摆摆动稳定后，摆球经过平衡位置时开始计时D．单摆摆动过程中，若逐渐形成了圆锥摆，可以继续测量，不影响单摆的周期
(5)甲同学通过实验测得：悬点O到小球球心的距离L；计时开始后，从小球第一次通过平衡位置到第n次通过平衡位置所用的时间t。则重力加速度g＝________(用L、n、t表示)。(6)该小组的另一同学没有使用游标卡尺也测出了重力加速度。他采用的方法是：先测出一摆线较长的单摆的振动周期T1，然后把摆线缩短适当的长度Δl，再测出其振动周期T2。则该同学测出的重力加速度的表达式为g＝________(用所测得的物理量符号表示)。
(7)本实验测得的重力加速度一般略微偏小，这是由以下哪些误差造成的：______。A．小球经过平衡位置时计时，看不准平衡位置造成周期测量的系统误差B．小球球心位置较难确定，使摆长测量存在系统误差C．由于存在空气阻力，会减慢单摆的速度，使周期测量值比理论值偏大D．单摆摆动过程中，摆线会稍稍伸长，造成摆长的测量值比实际值偏小
规律方法　本实验引起误差的几种常见原因(1)g值偏大的原因。①单摆不在同一竖直平面内摆动，成为圆锥摆，等效摆长偏小；②测摆线长时，摆线拉得过紧；③将摆线的长度与小球直径之和作为摆长；④开始计时时，停表过晚按下；⑤测量周期时，误将摆球n次全振动记成了(n＋1)次。(2)g值偏小的原因。①摆线上端没有固定，振动中出现松动，使摆线变长；②开始计时时，停表过早按下；③实验中误将n次全振动记为(n－1)次。
(1)由实验数据得出图乙所示的拟合直线，图中纵轴表示________。(2)Ic的国际单位制单位为________，由拟合直线得到Ic的值为_____(保留到小数点后两位)。(3)若摆的质量测量值偏大，重力加速度g的测量值______(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
1．在“利用单摆测重力加速度”的实验中，某同学想进一步验证单摆的周期和重力加速度的关系，但又不可能去不同的地区做实验。该同学就将单摆与光电门传感器安装在一块摩擦不计、足够大的板上，使板倾斜α角度，让摆球在板的平面内做小角度摆动，如图甲所示。利用该装置可以验证单摆的周期和等效重力加速度的关系。若保持摆长不变，则实验中需要测量的物理量有_____________________________。若从实验中得到所测物理量数据的图线如图乙所示，则图像中的纵坐标表示________，横坐标表示_______。
应用迁移·随堂评估自测
木板倾角α和单摆振动的周期T
2．小福同学在做“用单摆测量重力加速度大小”的实验。(1)下列最合理的装置是____。
A　　　 　B　　　　　C　　　　D
(2)该同学根据实验数据，利用计算机拟合得到的方程为T 2＝4.04l＋0.05(s2)。由此可以得出当地重力加速度g＝______m/s2(π取3.14，结果保留3位有效数字)，从方程中可知T2与l没有成正比关系，其原因可能是_____。A．开始计时时，小球可能在最高点B．小球摆动过程中，可能摆角太大C．计算摆长时，可能加了小球的直径D．计算摆长时，可能忘了加小球半径
3．在如图甲“用单摆测量重力加速度”的实验中：
(1)如图乙，用螺旋测微器测出摆球的直径为________ mm。
(2)某同学通过多次实验得出数据作出L-T 2图像，如图丙，请根据图像求出重力加速度的值为______ m/s2(已知π2≈9.86，结果保留3位有效数字)。
(3)若该同学测得的重力加速度值偏大，则其原因可能是____。A．单摆的悬点未固定紧，摆动中出现松动，使摆线增长了B．把50次摆动的时间误记为49次摆动的时间C．开始计时时，停表过早按下D．测摆线长时摆线拉得过紧
4．甲、乙两个学习小组分别利用单摆测定重力加速度。
(1)甲组同学采用图甲所示的实验装置。①为比较准确地测量出当地重力加速度的数值，除秒表外，在下列器材中，还应该选用________。(用器材前的字母表示)a．长度接近1 m的细绳b．长度为30 cm左右的细绳c．直径为1.8 cm的塑料球 d．直径为1.8 cm的铁球e．最小刻度为1 cm的米尺f．最小刻度为1 mm的米尺
②该组同学先测出悬点到小球球心的距离l，然后用秒表测出单摆完成n次全振动所用的时间t。请写出重力加速度的表达式g＝__________(用所测物理量表示)。
(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，如图丙所示的v-t图线。①由图丙可知，该单摆的周期T＝______s。②更换摆线长度后，多次测量，根据实验数据，利用计算机作出T 2-l(周期二次方－摆长)图像，并根据图像拟合得到方程T 2＝4.04l＋0.035(s2)。由此可以得出当地的重力加速度g＝____ m/s2。(取π2＝9.86，结果保留三位有效数字)