2011届状元之路物理选.ppt

第1页 * 1.3 实验实验 :探究单摆单摆 的运动动 用单摆单摆 测测定重力加速度 第2页 * 知 识 精 要高效梳理知识备考 一实验目的 1.探究单摆的运动,知道单摆的周期与摆球质量振幅(较小时) 无关,与摆长有关. 2.学会用单摆测定当地的重力加速度. 3.加深对单摆振动周期公式的理解. 4.学会使用停表. 第3页 * 二实验原理 单摆在摆角很小(小于5)时,其摆动可以看作简谐运动,其振动 周期为由此可得据此,只要测出摆长 和周期,就可计算出当地重力加速度g的数值. 三实验器材 长约1 m的细丝线一根,通过球心开有小孔的金属球一个,带有 铁夹的铁架台,毫米刻度尺,停表,游标卡尺. 第4页 * 四实验步骤 1.让线的一端穿过小球的小孔,然后打一个线结,做成单摆, 如图1-3-1所示. 第5页 * 2.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,使铁夹伸到桌面以外,让球自然下垂,在单 摆平衡位置处做上标记,如图1-3-1所示. 3.用刻度尺量出摆线长度l,用游标卡尺测出摆球的 直径d,即得出小球半径为计算出摆长 第6页 * 4.把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度(不超过5)然后 放开小球,让小球摆动,待摆动平稳后测出单摆完成3050次全 振动所用的时间t,计算出小球完成一次全振动所用时间,这个 时间就是单摆的振动周期,即为全振动的次数), 反复测3次,再算出周期 5.根据单摆振动周期公式计算出当地重力加速度 6.改变摆长,重做几次实验,计算出每次实验的重力加速度值, 求出它们的平均值,即为当地的重力加速度值. 第7页 * 7.将测得的重力加速度值与当地重力加速度数值相比较,分析 产生误差的可能原因.若误差很大,应重新做实验. 8.整理器材. 第8页 * 五注意事项 1.细线的质量要小,弹性要小,选用体积小密度大的小球,摆角 不超过5. 2.要使摆球在同一竖直面内摆动,不能形成圆锥摆,方法是将摆 球拉到一定位置后由静止释放. 双 基 精 练shuang ji jing lian自主探究基础备考 第9页 * 1.某同学在做利用单摆测定重力加速度实验中,如果测得的g 值偏小,可能原因是( ) A.测摆线长时摆线拉得过紧 B.摆线上端悬点未固定,振动中出现松动使摆线长度增加了 C.开始计时时,停表按下时刻滞后于单摆振动的计数 D.实验中误将49次全振动记为50次全振动 答案:B 第10页 * 解析:根据可知,g偏小可能是L的测量值偏小或T的 测量值偏大.选项A中摆线拉得过紧,使L变大,因此测得g偏大; 选项B中,在摆长已测定情况下,由于悬点松动使摆长增加,实 际振动的摆长大于测量值,所以测量g值偏小.选项C和D均为 测得的周期偏小,故g值偏大. 第11页 * 2.在用单摆测重力加速度的实验中,以下的做法中正确的是( ) A.测量摆长的方法:用刻度尺量出从悬点到摆球间的细线的长 B.测量周期时,从小球到达最大位移位置开始计时,摆球完成 50次全振动时,及时停止计时,然后求出完成一次全振动的时 间 C.要保证单摆自始至终在同一竖直平面内摆动 D.单摆振动时,应注意使它的偏角开始时不能小于5 答案:C 第12页 * 解析:实验中摆长L应是悬点到钢球上边缘的距离L加上钢球 的半径R,所以A错.观察和记录振动次数,应以平衡位置为准, 这是因为摆球在通过平衡位置时的瞬时速度最大,因此判定摆 球经过这个位置时的时刻产生的计时误差较小,所以B错.必须 保证单摆自始至终在同一竖直平面内摆动,否则会形成锥形摆 ,而锥形摆的周期公式和单摆的周期公式是不同的,因此C正确 .单摆振动时,偏角不能超过5,所以D错. 第13页 * 疑 难 精 讲 疑难点一.测周期时,为什么要从摆球过平衡位置时开始计时, 且要测多次全振动的时间来计算周期? 名师在线:摆球经过平衡位置时速度大计时误差小,而最高点 速度小,计时误差大,所以选择在过平衡位置时开始计时.停表 的启动和停止都存在误差,若直接测量一次全振动的时间,将 带来很大的误差,所以测量多次全振动的时间t,周期A 以减小由于启动和停止停表带来的误差. 第14页 * 疑难点二.能否利用l-T2图象计算重力加速度呢? 名师在线:由单摆的周期公式 可得,因此 以摆长l为纵轴,以T2为横轴作出l-T2图象,是一条过原点的直 线,如图1-3-2所示,求出斜率k,即可求出g值 第15页 * 易 错 点 拨自我完善误区备考 易错点对单摆模型认识不清导致出错 自我诊断有五个同学做实验,各组实验数据列于下表,若每位 同学用刻度尺测长度,用停表测时间的技术水平都一样,那么 _组测量结果更准确,由此计算出的重力加速度的大小约 为_. C 9.74 m/s2 第16页 * 实验条件数据记录 第17页 * 解析:A组错组错 在不能满满足实验实验 中如下条件: 应应用密度较较大的球做摆摆球,使实际摆实际摆 更接近理论论上的单单 摆摆; 摆线长应为摆线长应为 1 m左右; 全振动动次数应应在3050次之间间. B组错误组错误 同上. 第18页 * D组错在要利用单摆周期公式来测 时,要求摆角要小于等于5,摆线长也略短,不满足实验要求 ,测量摆线长的相对误差也偏大一些. E组摆角大于5. C组正确,将数据代入公式 第19页 * 题题 型 研 练练ti 互动动探究方法备备考 题题型ti xing实验实验 原理和实验实验 数据的处处理 【例】 (2008高考天津理综综)某同学利用单摆测单摆测 定当地重力加速度,发现单摆发现单摆 静 止时摆时摆 球重心在球心的正下方,他仍将从悬悬点到球心的距离当作摆长摆长 L,通过过改 变摆线变摆线 的长长度,测测得6组组L和对应对应 的周期T,画出L-T2图线图线 ,然后在图线图线 上选选取A B两个点,坐标标如图图1-3-3所示.他采用恰当的数据处处理方法,则计则计 算重力加速度 的表达式应为应为 g=_.请请你判断该该同学得到的实验结实验结 果与摆摆球重心就在球心 处处的情况相比,将_(填“偏大”“偏小”或“相同”). 答案相同 第20页 * 解析:设设AB点摆线长为摆线长为 LA和LB,摆线摆线 到重心的距离为为L,所以A B两处处的摆长摆长 分别为别为 LA+L和LB+L. 第21页 * 从上式可以看出,最终的结果与重心的位置无关,所以不影响g 值的测量. 第22页 * 方法总结总结 :实验实验 数据的处处理方法 (1)求平均值值法 在本实验实验 中要改变摆长变摆长 ,并进进行多次测测量,以求重力加速度g 的平均值值. (2)图图象法 本实验实验 除上述公式法求解外,还还可用图图象法.由单摆单摆 周期公式 不难难推出 T2,因此,分别测别测 出一系列摆长摆长 l对应对应 的周期T, 作l-T2的图图象,图图象应应是一条通过过原点的直线线,求出图线图线 的 斜率k,即可求得g值值,如图图1-3-4所示. 第23页 * 第24页 * 创创新预测预测 某同学用单摆测单摆测 重力加速度的实验实验 数据如下: 请你用画“T2-l”图线的方法求出当地的重力加速度,并写出处 理过程和画出“T2-l”图线. 答案:见解析 第25页 * 解析:根据单摆单摆 的周期公式可得 由此可得“T2-l” 图线图线 的斜率故从图线图线 中求得斜率k,即可求得 g值值.表格中对应对应 T2值值分别为别为 :T21=2.04 s2,T22=2.40 s2,T23=3.20 s2,T24=4.37 s2,建立T2-l坐标标系,绘图绘图 如图图1-3-5所示. 第26页 * 第27页 * 第28页 * 高 效 作 业自我测评技能备考 一选择题 1.某同学在用单摆测重力加速度的实验中,用的摆球密度不均 匀,无法确定重心位置,他第一次量得悬线长为l1(不计半径),测 得周期为T1;第二次量得悬线长为l2,测得周期为T2,根据上述 数据,g值应为( ) AB CD.无法计算 答案:B 第29页 * 解析:设重心与球上表面接触悬线处的距离为r,则 第30页 * 2.在“用单摆测单摆测 定重力加速度”的实验实验 中,测摆长时测摆长时 ,若正确测测 出悬线长悬线长 l和摆摆球直径d,则摆长为则摆长为 _;测测周期时时,当 摆摆球经过经过 _位置时时开始计时计时 并计计数1次,测测出经经 过该过该 位置N次(约约60100次)的时间为时间为 t,则则周期为为_. 平衡 第31页 * 此外,请你从下列器材中选用所需器材,再设计一个实验,粗略 测出重力加速度g,并参照示例填写下表(示例的方法不能再用 ). A.天平B.刻度尺 C.弹簧测力计D.电磁打点计时器 E.带夹子的重锤F.纸带 G.导线若干H.铁架台 I.低压交流电源J.低压直流电源 K.小车L.螺旋测微器 M.斜面(高度可调,粗糙程度均匀) 第32页 * 第33页 * 第34页 * 解析:单摆的摆长是指悬线长加上小球的半径,即为 测定周期时,摆球在最低处平衡位置速度最大,因此应从平衡 位置开始计时,以减小实验误差;若从小球经平衡位置开始计 时并计数N次,则小球完成了个全振动,故其周期 测重力加速度的方法有多种,其中一种可用斜面 和打点计时器由牛顿第二定律来测,方法见答案. 第35页 * 3.(2009高考浙江卷)(1)在“探究单摆周期与摆长的关系”实验 中,两位同学用游标卡尺测量小球的直径,如图1-3-6(a)(b)所 示.测量方法正确的是_. (b) 第36页 * (2)实验时,若摆球在垂直纸面的平面内摆动,为了将人工记录 振动次数改为自动记录振动次数,在摆球运动最低点的左右 两侧分别放置一激光光源与光敏电阻,如图1-3-7(a)所示.光敏 电阻与某一自动记录仪相连,该仪器显示的光敏电阻阻值R随 时间t变化的图线如图1-3-7(b)所示,则该单摆的振动周期为 _.若保持悬点到小球顶点的绳长不变,改用直径 是原小球直径2倍的另一小球进行实验,则该单摆的周期将 _(填“变大”“不变”或“变小”),图(b)中的t将 _(填“变大”“不变”或“变小”).图1-3-7 2t0 变大 变大 第37页 * 第38页 * 解析:本题考查游标卡尺和单摆的知识. (1)应将待测物体正确地放在测脚中,如图1-3-8(b)所示; (2)单摆1个周期遮光两次;单摆周期与小球质量大小无关,但 若改用直径变为原小球直径2倍的小球,摆长会变大,周期变大, 遮光时间t也变大. 第39页 * 4.(2009高考重庆卷)某同学在探究影响单摆周期的因素时有 如下操作,请判断是否恰当(填“是”或“否”). 把单摆从平衡位置拉开约5释放;_ 在摆球经过最低点时启动停表计时;_ 用停表记录摆球一次全振动的时间作为周期. _ 该同学改进测量方法后,得到的部分测量数据见下表.用螺旋 测微器测量其中一个摆球直径的示数见图1-3-8.该球的直径 为_mm.根据表中数据可以初步判断 单摆周期随_的增大而增大. 是 是 否 20.685(20.68320.687) 摆长 第40页 * 第41页 * 第42页 * 解析:单摆做简谐运动要求摆角小,单摆从平衡位置拉开约5 释放满足此条件;因为摆球通过最低点时速度较大,计时误差 小,所以在最低点启动停表计时;摆球一次全振动的时间太短 不易读准误差大,应测多个周期的时间求平均值;由表中数据 可以初步判断单摆周期随摆长的增大而增大. 第43页 * 5.(2009深圳模拟)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1-3- 9(a)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 图象,那么就可以通过此图象得出小筒的深度h和当地的重力 加速度g. 第44页 * 第45页 * (1)现有如下测量工具:A.时钟;B.停表;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T2-L关系图象如图1-3-9(b)所示,那么 真正的图象应该是abc中的; (3)由图象可知,小筒的深度h=m;当地的重力加速度g=m/s2. 答案:(1)BD (2)a (3)0.3 9.86 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. 第46页 * (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, 测单摆的周期用到停表,所以测量工具选BD. (3)将T2=0,L=-30 cm代入上式可得: h=30 cm=0.3 m; 将T2=1.20 s2 ,L=0代入上式可求得:g=2=9.86 m/s2. 第47页 * 6.如图1-3-10(a)所示,ABCDabcd为一放于水平面上的长方 体槽,上端开口,ABbaCDdc两面为铜板,其他面为绝缘板,槽 中盛满导电液体(设该液体导电时不发生电解).现在质量不计 的细铜丝的下端固定一铁球构成一单摆,铜丝的上端可绕O点 摆动,O点在槽中心的正上方,摆球摆动平面与AB垂直.在两铜 板上接上图示的电源,电源内阻可忽略,电动势E=8 V,将电源 负极和细铜丝的上端点分别连接到记