5.学生实验：用单摆测定重力加速度.ppt

第一章第5节利用单摆测重力加速度,一、实验目的：,用单摆测定当地的重力加速度,二、实验原理：根据单摆周期公式，在它近似适用的范围内，有g=42L/T2，通过实验方法测出摆长L和周期T，即可计算得知当地的重力加速度g的值。,三、实验器材：,铁架台（铁夹）、,长约1m的细线、,有小孔的金属小球、,米尺、,游标卡尺、,停表。,四、实验步骤：,让细线穿过球上小孔，在细线一端打一个比孔大一些的线结，制成一个单摆。,把线的另一端用铁夹固定在铁架台上端，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自由下垂。,用米尺测量悬线长L0，用游标卡尺测出摆球的直径d，则摆长L=L0+d/2。,把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度（不超过5）后释放它。为了使摆球只在一个竖直平面内摆动，释放摆球时不要发生旋转，使单摆做简谐运动。从摆球通过平衡位置时开始计时，测出单摆全振动30-50次的时间，求出一次全振动的平均时间，即单摆的周期T。,根据g=42L/T2，求出重力加速度g的值，完成下面的表格。,改变摆长，重复到步骤求出重力加速度的平均值,也可绘T2L图像，利用g=42/k计算（k为图线的斜率）,五、注意事项：,构成单摆的条件：摆线应选择细而不易伸长的线（长度约1m左右）.小球应选用密度较大、体积较小的金属球（直径最好不超过2厘米），摆角小于5,固定悬点：单摆悬线上端不可随意卷在杆上，应夹紧在铁夹中，以免在发生摆动时摆线下滑，摆长改变的现象。,测摆长：摆长应是摆线长与球半径之和，不能把摆线长作为摆长,摆动方法：使摆球在同一竖直平面内摆动，不要形成圆锥摆。,测周期：要从摆球经过平衡位置开始计时，要测多次全振动（30次至50次）的时间来计算周期。（测时间的偶然误差来之于启动表和停表，测量3050次可以减少误差）,用图像法：要多测几组数据，描点时应尽量使更多的点分布在直线上，不能分布在直线上的点应尽量均匀分布在直线两侧。,六、误差分析,1、系统误差：,产生原因：悬点不固定、振动中幅度过大、振动时变为圆椎摆、小球的选择等都是影响周期（T)的因素,减小系统误差的方法：,固定好悬点，,让单摆小角度（摆角小于5）地在同一竖直平面内振动，,选择密度大体积小的金属球。,2、偶然误差：,产生原因：如用停表测时间时以及用米尺、游标卡尺测长度等引入误差,减小偶然误差的方法：,（1）周期测量要从平衡位置开始计时，不要只测一次全振动的时间，应测几十次全振动的时间求出周期。,（2）测摆长时应将摆球拴上细线后系于悬点再测，摆长包括线长和球的半径两部分。,七、实验练习1、某同学做“用单摆测定重力加速度的实验”时，操作上错误或不合理的有（）A、摆球摆动到最高点开始计时B、防止摆球在水平面内做圆周运动或椭圆运动C、测出的摆线长就是摆长D、在平衡位置启动停表，并开始计数为1，当摆球第30次经过平衡位置时制动停表,A,C,D,2、某同学测定的g的数值比当地公认值大，造成的原因可能是()A、摆球质量太大了；B、量摆长时从悬点量到球的最下端；B、计算摆长时忘记把小球半径加进去；D、计算周期时，将(n1)次全振动误记为n次全振动.,B,D,（）3、为了提高周期的测量精度，下列哪些做法是可取的A用秒表直接测量一次全振动的时间；B用秒表测30至50次全振动的时间，计算出平均周期C在平衡位置启动停表和结束计时；D在最大位移处启动停表和结束计时；E在平衡位置启动停表，并开始计数，当摆球第30次经过平衡位置时制动停表，若读数为t，则Tt/30.,B,C,4、在用单摆测定重力加速度的实验中，以下各实验步骤中有错误的是（）A在未悬挂好摆球之前先测好摆长;B测得的摆长为10cm;C将摆球拉离平衡位置，最大偏角小于5，让小球在竖直平面内振动;D当摆球第一次通过平衡位置时开始计时，以后摆球每经过平衡位置都计数，数到30时停止计时，所测时间即为单摆振动30个周期的时间.,A,B,D,5、某同学在“利用单摆测重力加速度”的实验中，先测得摆线长为98.50cm，摆球直径为2.00cm，然后用停表记录了单摆振动50次所用的时间如图所示，则：（1）该单摆摆长为（)cm，停表所示读数为（)s（2）如果他测得的g值偏小，可能的原因是（）A、误将摆线长与小球的直径之和作为摆长B、摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了，使周期变大了C、开始计时时，停表按下过迟D、实验中误将49次全振动次数记为50次,1分51.4秒,99.50,111.4,B,八、课堂小结,测重力加速度的方法：,1、由公式,用（）测摆线的长度L0用（）测金属球的直径d，则摆长L