实验十二 探究单摆运动、用单摆测定重力加速度课件

1、实验十二实验十二 探究单摆的运动、探究单摆的运动、 用单摆测定重用单摆测定重力加速度力加速度基础要点整合基础要点整合【实验器材实验器材】带孔小钢球一个、细丝线一条带孔小钢球一个、细丝线一条(长约长约1 m)、毫米刻度、毫米刻度尺一把、秒表、游标卡尺、带铁夹的铁架台尺一把、秒表、游标卡尺、带铁夹的铁架台【实验步骤实验步骤】1做单摆做单摆取约取约1 m长的细丝线穿过带孔的小钢球，并打一个比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，使铁夹伸到桌面架台上，并把铁架台放在实验桌边，使铁

2、夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂以外，让摆球自然下垂【注意事项注意事项】1选择材料时应选择细、轻又不易伸长的线，长度选择材料时应选择细、轻又不易伸长的线，长度一般在一般在1 m左右，小球应选用密度较大的金属球，直径左右，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、摆长改变的紧在铁夹中，以免摆动时发生摆线下滑、摆长改变的现象现象3注意摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过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可通过估算振幅

3、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，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，为便于计时，可在摆球平衡位置的正下时开始计时，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，且在数时进行计数，且在数“零零”的同时按下秒表，开始计的同时按下秒表，开始计时计数时计数【误差分析误差分析】1系统误差系统误差主要来源于单摆模型本身是否符合要求即：悬点主要来源于单摆模型本身是否符合

4、要求即：悬点是否固定，摆球是否可看做质点，球、线是否符合要是否固定，摆球是否可看做质点，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，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达到忽略就可以使系统误差减小到远小于偶然误差而达到忽略不计的程度不计的程度2偶然误差偶然误差主要来自时间主要来自时间(即单摆周期即单摆周期)的测量上因此，要注的测量上因此，要注意测准时间意测准时间(周期周期)要从摆球通过平衡位置开始计时，要从摆球通过平衡位置开始计时，并采用倒计

5、时计数的方法，即并采用倒计时计数的方法，即4，3，2，1，0，1，2，在数在数“零零”的同时按下秒表开始计时不能多计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量后取平均值考点核心突破考点核心突破考点一实验原理与操作考点一实验原理与操作图实图实2(1)用游标卡尺测量小钢球直径，示数如图实用游标卡尺测量小钢球直径，示数如图实3所示，读数为所示，读数为_mm.图实图实3(2)以下是实验过程中的一些做法，其中正确的有以下是实验过程中的一些做法，其中正确的有_A摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可摆线要选择细些的

6、、伸缩性小些的，并且尽可能长一些能长一些B摆球尽量选择质量大些、体积小些的摆球尽量选择质量大些、体积小些的C为了使摆的周期大一些，以方便测量，开始时为了使摆的周期大一些，以方便测量，开始时拉开摆球，使摆线相距平衡位置有较大的角度拉开摆球，使摆线相距平衡位置有较大的角度D拉开摆球，使摆线偏离平衡位置不大于拉开摆球，使摆线偏离平衡位置不大于5，在，在释放摆球的同时开始计时，当摆球回到开始位置时停释放摆球的同时开始计时，当摆球回到开始位置时停止计时，此时间间隔止计时，此时间间隔t即为单摆周期即为单摆周期T解析解析(1)按照游标卡尺的读数原则得小钢球直径按照游标卡尺的读数原则得小钢球直径为为18 mm

7、60.1 mm18.6 mm.(2)单摆的构成条件：细线质量要小，弹性要小；球单摆的构成条件：细线质量要小，弹性要小；球要选体积小，密度大的；偏角不超过要选体积小，密度大的；偏角不超过5.故故A、B正确，正确，C错误为了减小测量误差，要从摆球摆过平衡位置错误为了减小测量误差，要从摆球摆过平衡位置时计时，且需测量多次全振动所用时间，然后计算出时计时，且需测量多次全振动所用时间，然后计算出一次全振动所用的时间故一次全振动所用的时间故D错误、错误、E正确正确答案答案(1)18.6(2)ABE (2012上海高考上海高考)在在“利用单摆测重力加速利用单摆测重力加速度度”的实验中：的实验中：考点二数据处

8、理与误差分析考点二数据处理与误差分析图实图实4(1)某同学尝试用某同学尝试用DIS测量周期如图实测量周期如图实4所示，所示，用一个磁性小球代替原先的摆球，在单摆下方放置一用一个磁性小球代替原先的摆球，在单摆下方放置一个磁传感器，其轴线恰好位于单摆悬挂点正下方图个磁传感器，其轴线恰好位于单摆悬挂点正下方图中磁传感器的引出端中磁传感器的引出端A应接到应接到_使单摆做小使单摆做小角度摆动，当磁感应强度测量值最大时，磁性小球位角度摆动，当磁感应强度测量值最大时，磁性小球位于于_若测得连续若测得连续N个磁感应强度最大值之间个磁感应强度最大值之间的时间间隔为的时间间隔为t，则单摆周期的测量值为，则单摆周期

9、的测量值为_(地磁地磁场和磁传感器的影响可忽略场和磁传感器的影响可忽略)(2)多次改变摆长使单摆做小角度摆动，测量摆长多次改变摆长使单摆做小角度摆动，测量摆长L及相应的周期及相应的周期T后，分别取后，分别取L和和T的对数，所得到的的对数，所得到的lgTlgL图线为图线为_(选填选填“直线直线”“”“对数曲线对数曲线”或或“指数曲线指数曲线”)；读得图线与纵轴交点的纵坐标为；读得图线与纵轴交点的纵坐标为c，由此得到该地的重力加速度由此得到该地的重力加速度g_实验的改进与创新实验的改进与创新 (1)在在“探究单摆周期与摆长的关系探究单摆周期与摆长的关系”实验中，实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的

10、直径如图实两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图实5甲、甲、乙所示测量方法正确的是乙所示测量方法正确的是_(选填选填“甲甲”或或“乙乙”)实验创新设计实验创新设计图实图实5(2)实验时，若摆球在垂直纸面的平面内摆动，为了实验时，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，如图实电阻，如图实6甲所示光敏电阻与某一自动记录甲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仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间随

11、时间t变化图变化图线如图实线如图实6乙所示，则该单摆的振动周期为乙所示，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径是原小球直径2倍的另一小球进行实验，则该单摆的倍的另一小球进行实验，则该单摆的周期将周期将_(填填“变大变大”、“不变不变”或或“变小变小”)，图乙中的图乙中的t将将_(填填“变大变大”、“不变不变”或或“变变小小”)图实图实6答案答案(1)(乙乙)(2)2t0变大变大变大变大随堂演练随堂演练1(2014安庆市二模安庆市二模)在做用单摆测当地重力加速度在做用单摆测当地重力加速度的实验中，某同学组装好单摆后，摆球

12、自然悬垂，用的实验中，某同学组装好单摆后，摆球自然悬垂，用毫米刻度尺测出悬点到摆球的最低端的距离毫米刻度尺测出悬点到摆球的最低端的距离L0.988 0 m，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图实，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图实7所所示，则摆球的直径为示，则摆球的直径为_mm，单摆摆长为，单摆摆长为_m；为减小实验误差，该同学在测量摆球振；为减小实验误差，该同学在测量摆球振动周期时应从摆球经过动周期时应从摆球经过_(填填“最低点最低点”或或“最最高点高点”)位置时开始计时位置时开始计时训练高效提能训练高效提能图实图实7答案答案13.400.981 3最低点最低点2某实验小组在利用单摆测定当地

13、重力加速度的实某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的实验中：验中：图实图实8(1)用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果如图实用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果如图实8所示，则该摆球的直径为所示，则该摆球的直径为_cm.答案答案(1)0.96(2)C3(2014石家庄模拟石家庄模拟)小庆同学利用单摆测重力加速小庆同学利用单摆测重力加速度，他用分度值为毫米的直尺测得摆线长为度，他用分度值为毫米的直尺测得摆线长为89.40 cm，用游标卡尺测得摆球直径如图实用游标卡尺测得摆球直径如图实9甲所示，读数为甲所示，读数为_则该单摆的摆长为则该单摆的摆长为_cm.用停表记录单用停表记录单摆做摆做30次全振动

14、所用的时间如图乙所示，则停表读数次全振动所用的时间如图乙所示，则停表读数为为_s，如果测得的，如果测得的g值偏大，可能的原因是值偏大，可能的原因是_(填序号填序号)图实图实9A计算摆长时用的是摆球的直径计算摆长时用的是摆球的直径B开始计时时，停表晚按下开始计时时，停表晚按下C摆线上端未牢固系于悬点，振动中出现松动，摆线上端未牢固系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加使摆线长度增加D实验中误将实验中误将30次全振动记为次全振动记为31次次答案答案2.050 cm90.42557.0ABD4(2014台州模拟台州模拟)某课外兴趣小组拟用如图实某课外兴趣小组拟用如图实10甲所示的装置研究滑块的运动

15、情况所用实验器材甲所示的装置研究滑块的运动情况所用实验器材有滑块、钩码、纸带、米尺、秒表、带滑轮的木板以有滑块、钩码、纸带、米尺、秒表、带滑轮的木板以及由漏斗和细线组成的单摆等实验时滑块在钩码的及由漏斗和细线组成的单摆等实验时滑块在钩码的作用下拖动纸带做匀加速直线运动，同时单摆沿垂直作用下拖动纸带做匀加速直线运动，同时单摆沿垂直于纸带运动的方向摆动漏斗漏出的有色液体在纸带于纸带运动的方向摆动漏斗漏出的有色液体在纸带上留下的痕迹记录了漏斗在不同时刻的位置上留下的痕迹记录了漏斗在不同时刻的位置(如图实如图实10乙所示乙所示)(1)在乙图中，测得在乙图中，测得AB间距离为间距离为10.0 cm，BC

16、间距离间距离为为15.0 cm，若漏斗完成，若漏斗完成72次全振动的时间如图丙所示，次全振动的时间如图丙所示，则漏斗的振动周期为则漏斗的振动周期为_s用这种方法测得此滑用这种方法测得此滑块的加速度为块的加速度为_m/s2.(结果均保留两位有效数字结果均保留两位有效数字)(2)用该方法测量滑块加速度的误差的主要来源有：用该方法测量滑块加速度的误差的主要来源有：_.(写出一种原因即可写出一种原因即可)图实图实10答案答案(1)0.500.20(2)漏斗的重心发生变化漏斗的重心发生变化(或液体的痕迹偏粗、阻力变或液体的痕迹偏粗、阻力变化等化等)(2)在该实验中，如果摆球质量分布不均匀，于是某在该实验

17、中，如果摆球质量分布不均匀，于是某同学设计了下面一种计算方法：第一次测量悬线长为同学设计了下面一种计算方法：第一次测量悬线长为L1，测得周期为，测得周期为T1；第二次测量悬线长为；第二次测量悬线长为L2，测得周，测得周期为期为T2，由此可推算出重力加速度，由此可推算出重力加速度g_6(2012天津高考改编天津高考改编)某同学用实验的方法探究影某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素响单摆周期的因素(1)他组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开他组装单摆时，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有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧 ， 如 图 实

18、紧 ， 如 图 实 1 1 所 示 这 样 做 的 目 的 是所 示 这 样 做 的 目 的 是_(选填字母代号选填字母代号)图实图实11A保证摆动过程中摆长不变保证摆动过程中摆长不变B可使周期测量得更加准确可使周期测量得更加准确C使摆长不可调节使摆长不可调节D保证摆球在同一竖直平面内摆动保证摆球在同一竖直平面内摆动(2)他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度L0.999 0 m，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图实，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图实12所示，则该摆球的直径为所示，则该摆球的直径为_mm，单摆摆长为，单摆摆长为_m.图实图实12(3)下列振动图象真实地描述了对摆长约为下列振动图象真实地描述了对摆长约为1 m的单的单摆进行周期测量的四种操作过程，图中横坐标原点