高考物理總復習 實驗一 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度課件 新人教版選修34

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1、實驗一實驗一探究單擺的運動、用單擺探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度測定重力加速度知識要點歸納知識要點歸納實驗目的實驗目的1用單擺測定當?shù)氐闹亓铀俣扔脝螖[測定當?shù)氐闹亓铀俣?能正確熟練地使用秒表能正確熟練地使用秒表實驗原理實驗原理實驗器材實驗器材長約長約1 m的細線、小鐵球、鐵架臺的細線、小鐵球、鐵架臺(連鐵夾連鐵夾)、米尺、秒表、游標卡尺、米尺、秒表、游標卡尺實驗步驟實驗步驟1做單擺做單擺取約取約1 m長的細絲線穿過帶孔的小鋼長的細絲線穿過帶孔的小鋼球，并打一個比小孔大一些的結，然球，并打一個比小孔大一些的結，然后把線的另一端用鐵夾固定在鐵架臺后把線的另一端用鐵夾固定在鐵架臺上，并把鐵

2、架臺放在實驗桌邊，使鐵上，并把鐵架臺放在實驗桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，讓擺球自然下垂夾伸到桌面以外，讓擺球自然下垂過程分析導引過程分析導引3測周期測周期將單擺從平衡位置拉開一個角度將單擺從平衡位置拉開一個角度(小小于于10)，然后釋放小球，記下單擺，然后釋放小球，記下單擺擺動擺動30次次50次的總時間，算出平次的總時間，算出平均每擺動一次的時間，即為單擺的振均每擺動一次的時間，即為單擺的振動周期反復測量三次，再算出測得動周期反復測量三次，再算出測得周期數(shù)值的平均值周期數(shù)值的平均值4改變擺長，重做幾次實驗改變擺長，重做幾次實驗數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理方法二：圖象法方法二：圖象法圖圖131誤差分析誤差分析

3、1系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差主要來源于單擺模型本身是否符合要主要來源于單擺模型本身是否符合要求即：懸點是否固定，擺球是否可求即：懸點是否固定，擺球是否可看做質(zhì)點，球、線是否符合要求，擺看做質(zhì)點，球、線是否符合要求，擺動是圓錐擺還是在同一豎直平面內(nèi)振動是圓錐擺還是在同一豎直平面內(nèi)振動以及測量哪段長度作為擺長等動以及測量哪段長度作為擺長等只要注意了上面這些問題，就可以使只要注意了上面這些問題，就可以使系統(tǒng)誤差減小到遠小于偶然誤差而忽系統(tǒng)誤差減小到遠小于偶然誤差而忽略不計的程度略不計的程度2偶然誤差偶然誤差(1)時間時間(即單擺周期即單擺周期)的測量上因此的測量上因此,要注意測準時間要注意測準時間(周期周期)

4、要從擺球通過要從擺球通過平衡位置開始計時，并采用倒計時計平衡位置開始計時，并采用倒計時計數(shù)的方法，即數(shù)的方法，即4,3,2,1,0,1,2，在數(shù)在數(shù)“零零”的同時按下秒表開始計時的同時按下秒表開始計時不能多計或漏計振動次數(shù)為了減小不能多計或漏計振動次數(shù)為了減小偶然誤差，應進行多次測量后取平均偶然誤差，應進行多次測量后取平均值值(2)擺長的測量：擺線的長度和小球擺長的測量：擺線的長度和小球半徑的測量是否準確半徑的測量是否準確注意事項注意事項1選擇材料時應選擇細、輕又不易選擇材料時應選擇細、輕又不易伸長的線，長度一般在伸長的線，長度一般在1 m左右，小左右，小球應選用密度較大的金屬球，直徑應球應選

5、用密度較大的金屬球，直徑應較小，最好不超過較小，最好不超過2 cm.2單擺懸線的上端不可隨意卷在鐵夾單擺懸線的上端不可隨意卷在鐵夾的桿上，應夾緊在鐵夾中，以免擺動的桿上，應夾緊在鐵夾中，以免擺動時發(fā)生擺線下滑、擺長改變的現(xiàn)象時發(fā)生擺線下滑、擺長改變的現(xiàn)象3注意擺動時控制擺線偏離豎直方向注意擺動時控制擺線偏離豎直方向不超過不超過10.可通過估算振幅的辦法掌可通過估算振幅的辦法掌握握4擺球振動時，要使之保持在同一個擺球振動時，要使之保持在同一個豎直平面內(nèi)，不要形成圓錐擺豎直平面內(nèi)，不要形成圓錐擺5計算單擺的振動次數(shù)時，應從擺球計算單擺的振動次數(shù)時，應從擺球通過最低位置時開始計時，為便于計通過最低位

6、置時開始計時，為便于計時，可在擺球平衡位置的正下方作一時，可在擺球平衡位置的正下方作一標記以后擺球每次從同一方向通過標記以后擺球每次從同一方向通過最低位置時進行計數(shù)最低位置時進行計數(shù),且在數(shù)且在數(shù)“零零”的的同時按下秒表，開始計時計數(shù)同時按下秒表，開始計時計數(shù)實驗典例探究實驗典例探究逐差法處理實驗數(shù)據(jù)逐差法處理實驗數(shù)據(jù)例例1 在用單擺測定重力加速度實在用單擺測定重力加速度實驗中，單擺的擺角驗中，單擺的擺角應應_，從擺球，從擺球經(jīng)過經(jīng)過_開始計時，測出開始計時，測出n次全振動次全振動的時間為的時間為t，用毫米刻度尺量出擺線，用毫米刻度尺量出擺線長為長為L，用游標卡尺測出擺球直徑為，用游標卡尺測出

7、擺球直徑為d.(1)用上述數(shù)據(jù)的符號寫出測量重力用上述數(shù)據(jù)的符號寫出測量重力加速度的一般表達式加速度的一般表達式g_.(2)對該實驗，有人提出以下幾點建對該實驗，有人提出以下幾點建議，其中能夠提高測量結果精確度的議，其中能夠提高測量結果精確度的是是()A適當加長擺線適當加長擺線B質(zhì)量相同、體積不同的擺球，應選質(zhì)量相同、體積不同的擺球，應選用體積較大的用體積較大的C單擺偏離平衡位置的角度不能太大單擺偏離平衡位置的角度不能太大D當擺球到達最高點時開始計時，經(jīng)當擺球到達最高點時開始計時，經(jīng)過一次全振動后停止計時，用此時間過一次全振動后停止計時，用此時間間隔作為單擺振動的周期間隔作為單擺振動的周期【解

8、析解析】當擺角當擺角10時，單擺時，單擺的振動才可以認為是簡諧運動；擺球的振動才可以認為是簡諧運動；擺球經(jīng)過平衡位置時速度大，用時少，計經(jīng)過平衡位置時速度大，用時少，計時誤差小，并且平衡位置容易確定時誤差小，并且平衡位置容易確定(2)單擺實驗的精確度取決于實驗裝單擺實驗的精確度取決于實驗裝置的理想化程度及相關物理量的測量置的理想化程度及相關物理量的測量精度適當加長擺線長度，有利于把精度適當加長擺線長度，有利于把擺球看成質(zhì)點，在擺角小于擺球看成質(zhì)點，在擺角小于10的的條件下，擺球的空間位置變化較大，條件下，擺球的空間位置變化較大，便于觀察，選項便于觀察，選項A對對實驗操作和數(shù)據(jù)處理實驗操作和數(shù)據(jù)

9、處理例例2 在探究單擺周期與擺長關系的在探究單擺周期與擺長關系的實驗中，實驗中，(1)關于安裝儀器及測量時的一些實關于安裝儀器及測量時的一些實驗操作，下列說法中正確的是驗操作，下列說法中正確的是()A用米尺測出擺線的長度，記為擺長用米尺測出擺線的長度，記為擺長lB先將擺球和擺線放在水平桌面上測先將擺球和擺線放在水平桌面上測量擺長量擺長l，再將單擺懸掛在鐵架臺上，再將單擺懸掛在鐵架臺上C使擺線偏離豎直方向某一角度使擺線偏離豎直方向某一角度(接接近近5)，然后由靜止釋放擺球，然后由靜止釋放擺球D測出擺球兩次通過最低點的時間間測出擺球兩次通過最低點的時間間隔記為此單擺振動的周期隔記為此單擺振動的周期

10、(2)實驗測得的數(shù)據(jù)如下表所示：實驗測得的數(shù)據(jù)如下表所示：次數(shù)次數(shù)12345擺長擺長l/cm80.0090.00100.00110.00120.0030次全振動次全振動時間時間t/s53.856.960.062.865.7振動周期振動周期T/s1.791.902.002.092.19振動周期的振動周期的平方平方T2/s23.203.614.004.374.80請將第三次的測量數(shù)據(jù)標在圖請將第三次的測量數(shù)據(jù)標在圖132中，中，并在圖中作出并在圖中作出T2隨隨l變化的關系圖象變化的關系圖象(3)根據(jù)數(shù)據(jù)及圖象可知單擺周期的根據(jù)數(shù)據(jù)及圖象可知單擺周期的平方與擺長的關系是平方與擺長的關系是_圖圖132

11、(4)根據(jù)圖象，可求得當?shù)氐闹亓痈鶕?jù)圖象，可求得當?shù)氐闹亓铀俣葹樗俣葹開m/s2.(結果保留結果保留3位有效數(shù)字位有效數(shù)字)【解析解析】(1)本實驗中，應將擺球本實驗中，應將擺球和擺線組成單擺之后再測量其擺長，和擺線組成單擺之后再測量其擺長，擺長應為懸點到擺球球心的距離，故擺長應為懸點到擺球球心的距離，故A、B錯誤；測量單擺的周期時，應錯誤；測量單擺的周期時，應為相鄰兩次通過最低點并且通過最低為相鄰兩次通過最低點并且通過最低點的速度方向相同，點的速度方向相同，即單擺做一次全振動，這段時間才為即單擺做一次全振動，這段時間才為一個周期，為了減小誤差，須測量單一個周期，為了減小誤差，須測量單擺的多個周期，然后再取平均值求出擺的多個周期，然后再取平均值求出一個周期，故一個周期，故D錯誤；單擺在擺角接錯誤；單擺在擺角接近近5可認為做簡諧運動可認為做簡諧運動,故故C正確正確【答案答案】(1)C(2)見圖見圖(3)周期周期的平方與擺長成正比的平方與擺長成正比(4)9.86圖圖133知能優(yōu)化演練知能優(yōu)化演練本部分內(nèi)容講解結束本部分內(nèi)容講解結束按按ESC鍵退出全屏播放鍵退出全屏播放