资源简介

(共36张PPT)
第七章 机械振动和机械波
实验九　用单摆测量重力加速度的大小
1．实验目的
(1)练习使用停表和刻度尺。
(2)探究影响单摆运动周期的因素。
(3)学会用单摆测定当地重力加速度。
4．实验过程
(1)在细线的一端打一个比小球上的孔径稍大一些的结，将细线穿过球上的小孔，并把细绳上端固定在铁架台上，制成单摆。
　　　　　　
(2)将铁夹固定在铁架台上端，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，在单摆平衡位置处做上标记，如图所示。
(3)用毫米刻度尺量出摆线长度l′，用游标卡尺测出金属小球的直径，即得出金属小球半径r，计算出摆长l＝l′＋r。
(4)把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度(不超过5°)，然后放开金属小球，让金属小球摆动，待摆动平稳后测出单摆完成30～50次全振动所用的时间t，计算出单摆的振动周期T。
(5)根据单摆周期公式，计算当地的重力加速度。
(6)改变摆长，重做几次实验。
　　　　　　
　　　　　　
2．误差分析
　　　　　　
3.注意事项
(1)悬线顶端不能晃动，需用夹子夹住，保证悬点固定。
(2)单摆必须在同一平面内振动，且摆角小于5°。
(3)选择在摆球摆到平衡位置处时开始计时，并数准全振动的次数。
(4)小球自然下垂时，用毫米刻度尺量出悬线长l′，用游标卡尺测量小球的直径，然后算出摆球的半径r，则摆长l＝l′＋r。
(5)一般选用1 m左右的细线。
　　　　　　
【例1】　实验小组的同学用如图所示的装置做“用单摆测量重力加速度”的实验。
(1)实验室有如下器材可供选用：
A．长约1 m的细线
B．长约1 m的橡皮绳
C．直径约2 cm的铁球
教材原型实验
实验原理与操作
D．直径约2 cm的塑料球
E．米尺
F．时钟
G．停表
实验时需要从上述器材中选择：________(填写器材前面的字母)。
(2)在挑选合适的器材制成单摆后他们开始实验，操作步骤如下：
①将单摆上端固定在铁架台上。
②测得摆线长度，作为单摆的摆长。
　　　　　　
ACEG
②
(3)发现(2)中操作步骤的不妥之处后，他们做了如下改进：让单摆在不同摆线长度的情况下做简谐运动，测量其中两次实验时摆线的长度l1、l2和对应的周期T1、T2，通过计算也能得到重力加速度大小的测量值。请你写出该测量值的表达式g＝_____________。
(4)实验后同学们进行了反思。他们发现由单摆周期公式可知周期与摆角无关，而实验中却要求摆角较小。请你简要说明其中的原因__________________________________________________________________________________________________________________。
　　　　　　
　　　　　　
【例2】　 (2022·山东威海高三检测)在“用单摆测量重力加速度”的实验中：
(1)需要记录的数据有：小钢球的直径d、________、摆长l、30次全振动的总时间t和周期T。
(2)用标准游标卡尺测小钢球的直径如图所示，则直径d为________ mm。
数据处理与分析
摆线长l′
18.6
(3)如图所示，某同学由测量数据作出l-T2图像，根据图线求出重力加速度g＝____________________m/s2(已知π2≈9.86，结果保留三位有效数字)。
　　　　　　
9.66(9.60～9.70均可)
　　　　　　
【例3】　(2022·山东菏泽高三调研)在探究单摆运动的实验中：
(1)图(a)是用力传感器对单摆振动过程进行测量的装置图，图(b)是与力传感器连接的计算机屏幕所显示的F-t图像，根据图(b)的信息可得，从t＝0时刻开始摆球第一次摆到最低点的时刻为________s，摆长为________m(取π2＝10，重力加速度大小g取10 m/s2)。
　实验创新设计
　实验器材的创新
0.5
0.64
(2)单摆振动的回复力是________。
A．摆球所受的重力
B．摆球重力在垂直摆线方向上的分力
　　　　　　
　
B
C．摆线对摆球的拉力
D．摆球所受重力和摆线对摆球拉力的合力
(3)某同学的操作步骤如下，其中正确的是________。
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，测得摆长为l
C．在摆线偏离竖直方向5°位置静止释放小球
D．让小球在水平面内做圆周运动，测得摆动周期，再根据公式计算重力加速度
AC
　　　　　　
[创新评价]　本题的创新点有两处：(1)利用拉力传感器绘制出拉力随时间变化的F-t图像。(2)由F-t图像得到单摆振动的周期。
【例4】　某同学利用单摆测量重力加速度的大小。
(1)为了使测量误差尽量小，下列说法正确的是________。
A．组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球
B．组装单摆须选用轻且不易伸长的细线
C．实验时须使摆球在同一竖直面内摆动
D．摆长一定的情况下，摆的振幅尽量大
　　　　　　
实验方法的创新
BC
(2)如图所示，在支架的竖直立柱上固定有摆长约1 m的
单摆。实验时，由于仅有量程为20 cm、精确度为1 mm的钢
板刻度尺，于是他先使摆球自然下垂，在竖直立柱上与摆球
最下端处于同一水平面的位置做一标记点，测出单摆的周期
T1；然后保持悬点位置不变，设法将摆长缩短一些，再次使
摆球自然下垂，用同样方法在竖直立柱上做另一标记点，并测出单摆的周期T2；最后用钢板刻度尺量出竖直立柱上两标记点之间的距离ΔL。用上述测量结果，写出重力加速度的表达式g＝________。
　　　　　　
[创新评价]　本题的创新点是通过代入消元法消去未知摆长，只测量摆长的改变量，而不用测量实际的摆长。
　　　　　　
数据处理的创新
9.87
　　　　　　
　
不变
偏小
(3)某同学在家里做用单摆测量重力加速度的实验，但没有合适的摆球，他找到了一块外形不规则的长条状的大理石块代替了摆球(如图乙)，以下实验步骤中存在错误或不当的步骤是________(只填写相应的步骤代号即可)。
A．将石块用细尼龙线系好，结点为N，将尼龙线的上端固定于O点；
B．用刻度尺测量ON间尼龙线的长度l作为摆长；
C．将石块拉开一个偏离竖直方向小于5°的角度，然后由静止释放；
BDF
　　　　　　
　　　　　　
[创新评价]　本题的创新点是T2-l图像不过坐标原点，但斜率的意义不变。
点击进入word....
随堂检测·巩固提升

展开更多......

收起↑