高考人教物理高效学习方略复习课件第12章第3讲实验13探究单摆的运动

1、三、实验器材 带孔小钢球1个、线绳1条(约1 m长)、毫米刻度尺、秒表、游标卡尺、带铁夹的铁架台 四、实验步骤 1做单摆 取约1 m长的细丝线穿过带孔的小钢球，并打一个比小孔大一些的结，然后把线的另一端用铁夹固定在铁架台上，并把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂,六、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振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

2、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振动次数为了减小偶然误差，应进行多次测量后取平均值,七、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摆球振动时，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

3、低位置时开始计时，为便于计时，可在摆球平衡位置的正下方作一标记以后摆球每次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,要点一实验数据处理 【例1】在“用单摆测重力加速度”的实验中， (1)某同学的操作步骤为： a取一根细线，下端系住直径为d的金属小球，上端固定在铁架台上 b用米尺量得细线长度l c在摆线偏离竖直方向5位置释放小球,d用秒表记录小球完成n次全振动的总时间t，得到周期Tt/n,解析(1)单摆摆长为摆线长度与小球半径之和，因该同学将偏小的摆长代入公式计算，所得重力加速度的测量值偏小于实际值 (2)为验证该关系式，需要测量单摆在任意摆角时的周期T，根据公

4、式与图象的函数关系式可推导得到摆角0时横轴的截距为T0. 【答案】(1)偏小(2)T(或t、n)、T,要点二实验基本原理,(2)如果测得的g值偏小，可能的原因是_(填写代号) A测摆长时，忘记了摆球的半径 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，秒表过早按下 D实验中误将39次全振动次数记为40次,(3)某同学在实验中，测量6种不同摆长情况下单摆的振动周期，记录表格如下： 以l为横坐标，T2为纵坐标，作出T2l图线，并利用此图线求重力加速度,【答案】(1)87.40 cm75.21.88(2)ABC(3)如图所示9.86 m/s2,【规律方法】本题易出现的错误：

5、(1)本题中测摆长时很容易将刻度尺的示数误认为摆长，而忽略了球的半径 (2)在读秒表时，错误的估读，秒表是齿轮传送，不需估读 (3)利用图象处理数据时，不是借助图象的斜率，而是利用数据表中的一组或两组数据，从而导致出现较大误差,1对于用单摆测定重力加速度的实验，下列说法中正确的是() A摆长应为摆线长加上小球直径 B小球应在同一竖直平面内振动，摆角不大于10 C计时起点应选小球通过平衡位置时 D用秒表测3050次全振动的时间，计算出平均周期,解析BCD摆长应为摆线长加小球的半径，故A错单摆只在同一平面内振动，且摆角不大于10时，小球才做简谐运动，B正确从平衡位置计时，且多测几次取平均值测量的周

6、期误差较小，故C、D正确,2在用单摆测重力加速度的实验中，实际上要改变摆长多次测量，求g的平均值下表是甲、乙两个同学设计的记录计算表，你认为正确的是() 甲,乙 A只能是甲 B只能是乙 C甲、乙均可 D甲、乙均不可,解析B在做一次实验时，必须保持摆长不变，而把几次实验中不同摆的摆长取平均没有意义同样，几次实验中摆长不同时，其摆动周期不同，利用几次的周期取平均值也没有意义，故图表中只能取乙，即B正确,二、非选择题(共88分) 3(8分)在“用单摆测定重力加速度”的实验中，选用的器材有：_.(只填序号) A带夹子的铁架台 B带小孔的实心木球 C带小孔的实心钢球 D秒表,E长约1 m的细线 F长约1

7、0 cm的细线 G毫米刻度的米尺 H游标卡尺 I螺旋测微器 J天平,解析单摆振动时，要求空气阻力远小于摆球的重力这样，在摆球外形一样大小时，摆球密度越大，越是符合这种要求，故选用小钢球而不选木球又因要求单摆接近理想模型即用无质量不可伸缩的线拴一质点，所以线的长度应远大于摆球直径，故选长1 m的而不用长0.1 m的细线 【答案】ACDEGH,4(9分)某同学在做“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2.00 cm，然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间，如图所示，则 (1)该摆摆长为_cm，秒表读数为_s.,(2)如果测得的g值偏小，可能的原因是() A测摆线

8、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，停表过迟按下 D实验时误将49次全振动数为50次,解析本题要求真正掌握摆长的概念，能应用秒表读数，会应用公式g42l/T2分析造成实验误差的原因由摆长应等于摆线长与摆球半径之和得：97.50 cm1.00 cm98.50 cm，秒表读数t总90 s9.8 s99.8 s. 由公式g42l/T2可知：A项是使l变大，测得g值偏大；B项导致周期T偏大，使g值偏小；C、D项导致周期T偏小，使g值偏大 【答案】(1)98.5099.8(2)B,5(10分)有两个同学利用假期分别去参观北大和南大的物理实验室，各自在那里

9、利用先进的DIS系统较准确地探究了“单摆的周期T与摆长L的关系”，他们通过校园网交换实验数据，并由计算机绘制了T2L图象，如图甲所示，去北大的同学所测实验结果对应的图线是_(选填“A”或“B”)另外，在南大做探究的同学还利用计算机绘制了两种单摆的振动图象(如图乙所示)，由图可知，两单摆摆长之比La/Lb_.,6(16分)单摆测定重力加速度的实验中： (1)实验时用20分度的游标卡尺测量摆球直径，示数如图甲所示，该摆球的直径d_mm.,(2)接着测量了摆线的长度为l0，实验时用拉力传感器测得摆线的拉力F随时间t变化的图象如图乙所示，则重力加速度的表达式g_(用题目中的物理量表示) (3)某小组改

10、变摆线长度l0，测量了多组数据在进行数据处理时，甲同学把摆线长l0作为摆长，直接利用公式求出各组重力加速度值再求出平均值；乙同学作出T2l0图象后求出斜率，然后算出重力加速度两同学处理数据的方法对结果的影响是：甲_，乙_(填“偏大”“偏小”或“无影响”),7.(15分)在利用单摆测定重力加速度的实验中，由单摆做简谐运动的周期公式得到g=.只要测出多组单摆的摆长l和运动周期T，作出T2l图象是一条过坐标原点的直线，某同学根据实验数据作出的图象如图所示,(1)造成图象不过坐标原点的原因是_ (2)由图象求出的重力加速度g=_ m/s2.(取2=9.87),解析(1)由图象知：当l0时，T0，说明l不是摆长，而是摆线长度，漏掉了小球半径 (2)图象斜率k42/g，k4，故g29.87 m/s2. 【答案】(1)漏掉了小球的半径(2)9.87,8(15分)下面是“用单摆测定重力加速度”实验中获得的有关数据： (1)利用上述数据在坐标图中 描出lT2图象 (2)利用图象，取T20.142 3.95 s2.求出重力加速度,解析(1)图象如图所示 【答案】(1)见解析(2)9.6 m/s2,(3)将所测得的l和T代入单摆的周期公式算出g，将它作为实验的最后结果写入报告中去 请指出上面步骤中遗漏或错误