高考物理第一轮总复习课件：实验十三.ppt

实验十三 探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度,实验目的 1. 学会用单摆测定当地的重力加速度. 2. 能正确熟练地使用秒表和游标卡尺.,实验原理,实验器材 带孔小钢球一个、细丝线一条(长约1 m)、毫米刻度尺一把、秒表、游标卡尺、带铁夹的铁架台.,实验步骤 1. 做单摆: 选取一段1 m左右的细线, 让线的一端穿过小球上的小孔, 然后打一个比小孔稍大一些的线结. 把线的上端用铁夹固定在铁架台上,把铁架台放在实验桌边, 使铁夹伸出桌面之外, 让摆球自由下垂, 在单摆 平衡位置处做上标记, 如图1231所示.,图1231,当摆球摆动稳定后经过平衡位置时用秒表开始计时, 测量单摆全振动30次(或50次)的时间, 求出一次全振动的时间, 即单摆的振动周期. 反复测量三次, 计算出测得的周期的平均值. 4. 改变摆长, 重做几次实验.,数据处理,法二: 图像法,图1232,误差分析 1. 系统误差 主要来源于单摆模型本身是否符合要求. 即悬点是否固定, 摆球是否可看作质点, 球、线是否符合要求, 摆动是圆锥摆还是在同一竖直平面内摆动以及测量哪段长度作为摆长等.,只要注意了上面这些问题, 就可以使系统误差减小到远小于偶然误差而忽略不计的程度. 2. 偶然误差 主要来自时间(即单摆周期)的测量上, 因此要注意测准时间(周期).要从摆球通过平衡位置开始计时,并采用倒计时计数的方法, 即4,3,2,1,0,1,2, 在数“零”的同时按下秒表开始计时. 不能多计或漏计摆动次 数. 为了减小偶然误差, 应进行多次测量后取平均值.,注意事项 1. 选择材料时应选择细、轻又不易伸长的线, 长度一般在1 m左右, 小球应选用密度较大的金属球, 直径应较小, 最好不超过2 cm. 2. 单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上, 应夹紧在铁夹中,以免摆动时发生摆线下滑、摆长改变的现象. 3. 注意摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过10, 可通过估算振幅的办法掌握. 4. 摆球摆动时, 要使之保持在同一个竖直平面内, 不要形成圆锥摆.,5. 计算单摆的振动次数时, 应从摆球通过最低位置时开始计时, 以后摆球从同一方向通过最低位置时进行计数, 且在数“零”的同时按下秒表, 开始计时计数.,秒表和游标卡尺的使用 1. 秒表的使用与读数 (1)秒表的工作原理 机械秒表将发条的弹性势能转化为指针的动能, 使指针转动. (2)表盘刻度,秒针指示的是大圆周的刻度, 其最小分度值通常为0.1 s, 转一周历时30 s; 分针指示的是小圆周的刻度, 其最小分度值常为0.5 min, 分针转一周历时15 min. (3)秒表的读数 小圆周读数不足0.5 min即秒针转不到一周时, 直接读大圆周上秒针读数;,小圆周读数超过0.5 min时, 读数为小圆周上分针读数加上大圆周上秒针读数. (4)秒表的使用方法 三次按下按钮: 一“走时”, 二“停止”, 三“复零”. 机械秒表要先上好发条. 2. 游标卡尺的使用与读数,(1)构造(如图1233): 主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量 爪)、游标尺上还有一个深度尺, 尺身上还有一个紧固螺钉.,图1233,(2)用途: 测量厚度、长度、深度、内径、外径. (3)原理: 利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成的一种测量长度的工具.,(4)读数: 若用x表示由主尺上读出的整毫米数, K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数, 则记录结果表达为(xK精确度)mm.,在用单摆测定重力加速度实验中, 单摆的偏角应_, 从摆球经过_开始计时, 测出n次全振动的时间为t, 用毫米刻度尺量出摆线长为 L, 用游标卡尺测出摆球直径为D.,(1)用上述数据的符号写出测量重力加速度的一般表达式g_. (2)实验中某同学发现他测出的重力加速度值总是偏大, 其原因可能是( ) A. 实验室地下可能有大型磁铁矿脉 B. 单摆所用的摆球太重,C. 测出n次全振动的时间为t, 误作为(n1)次全振动的时间进行计算 D. 以摆球直径和摆线长度之和作为摆长进行运算 【解析】 当偏角10时, 单摆的振动才可以认为是简谐运动; 摆球经过平衡位置时速度大, 用时少, 计时误差小, 并且平衡位置容易确定.,某同学在做利用单摆测重力加速度的实验中, 先测得摆线长为97.50 cm, 摆球直径为2.0 cm, 然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间, 如图1234所示, 则:,图1234,(1)该摆摆长为_ cm, 秒表的示数为_ s. (2)实验中测得5种不同摆长情况下单摆的振动周期, 记录数据如下:,试以l为横坐标、T2为纵坐标, 作出T2l的图像, 并利用此图像求出重力加速度.,【答案】 (1)98.50 99.7 (2)图像见解析 9.86 m/s2,图1235,将一单摆装置竖直悬挂于某一深度为h(未知)且开口向下的小筒中(单摆的下部分露于筒外), 如图1236甲所示, 将悬线拉离平衡位置一个小角度后由静止释放,设单摆摆动过程中悬线不会碰到筒壁,如果本实验的长度测量工具只能测量出筒的下端口到摆球球心的距离L, 并通过改变L而测出对应的摆动周期T, 再以T2为纵轴、L为横轴作出函数关系图像, 那么就可以通过此图像得出小筒的深度h和当地的重力加速度g.,图1236,(1)现有如下测量工具: A.时钟; B.秒表; C.天平; D.毫米刻度尺. 本实验所需的测量工具有_; (2)如果实验中所得到的T2L关系图像如图1236乙所示, 那么真正的图像应该是a、b、c中的_;,(3)由图像可知, 小筒的深度h_m; 当地的重力加速度g_m/s2. 【解析】 本实验主要考查用单摆测定重力加速度的实验步骤、实验方法和数据处理方法.,(1)测量筒的下端口到摆球球心之间的距离L, 用到毫米刻度尺, 测单摆的周期用秒表, 所以测量工具选B