1、第83课时 探究单摆的运动、用单 摆测定重力加速度(实验增分课)课时跟踪检测NO.2 常规考法掌握牢 NO.1 实验基础全知晓 返回NO.1 实验基础全知晓返回一、实验目的1学会用单摆测定当地的重力加速度。2能正确熟练地使用秒表。二、实验原理当偏角很小时，单摆做简谐运动，其振动周期为 T2 lg，它与偏角的大小及摆球的质量无关，由此得到 g42lT2。因此，只要测出摆长 l 和振动周期 T，就可以求出当地的重力加速度 g 的值。返回三、实验器材带有铁夹的铁架台、中心有小孔的小钢球，不易伸长的细线(约 1 米)、秒表、毫米刻度尺和游标卡尺。谨记部分器材用途刻度尺、游标卡尺秒表小钢球、细线测定摆线
2、长和摆球直径，确定摆长用来测定单摆的周期用来制作单摆返回四、实验步骤1做单摆取约 1 m 长的细线穿过带孔的小钢球，并打一个比小孔大一些的结，然后把细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。实验装置如图。2测摆长用毫米刻度尺量出摆线长 l，用游标卡尺测出小钢球直径 D，则单摆的摆长 llD2。返回3测周期将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于 5)，然后释放摆球，记下单摆做 3050 次全振动的总时间，算出平均每一次全振动的时间，即为单摆的振动周期。反复测量三次，再算出测得周期的平均值。4改变摆长，重做几次实验。返回五、数据处理1公式法将测得的几
3、组周期 T 和摆长 l 代入公式 g42lT2 中算出重力加速度 g 的值，再算出 g 的平均值，即为当地重力加速度的值。2图像法由单摆的周期公式 T2 lg可得 lg42T2，因此以摆长 l 为纵轴、以 T2 为横轴作出的 l-T2 图像是一条过原点的直线，如图所示，求出斜率 k，即可求出 g 值。g42k，k lT2 lT2。返回六、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，摆球是否可视为质点，球、线是否符合要求，振幅是否足够小，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。2偶然误差主要来自时间(即单摆周期)的测量。因此，要注意测准时间(周
4、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“0”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，应多次测量后取平均值。返回七、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架台的杆上，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的夹角要小于 5。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。返回5计算单摆的振动次数时，应从
5、摆球通过平衡位置时开始计时，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平衡位置时进行计数，且在数“0”的同时按下秒表，开始计时计数。返回NO.2 常规考法掌握牢返回1某实验小组在“利用单摆测定当地重力加速度”的实验中：(1)用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果如图所示，则该摆球的直径为_cm。(2)小组成员在实验过程中有如下说法，其中正确的是_(填选项前的字母)。返回A把单摆从平衡位置拉开 30的摆角，并在释放摆球的同时开始计时B测量摆球通过最低点 100 次的时间 t，则单摆周期为 t100C用悬线的长度加摆球的直径作为摆长，代入单摆周期公式计算得到的重力加速度值
6、偏大D选择密度较小的摆球，测得的重力加速度值误差较小返回解析：(1)游标卡尺读数为 09 cm6001 cm096 cm。(2)单摆符合简谐运动的条件是摆线偏离平衡位置的夹角小于5，并从平衡位置开始计时，故 A 错误；若摆球第一次过平衡位置计为“0”，则周期 T t50，若摆球第一次过平衡位置计为“1”，则周期 T t49.5，故 B 错误；由 T2 lg得 g42lT2，其中 l为摆长，即悬线长加摆球半径，若代入悬线长加摆球直径，由公式知 g 偏大，故 C 正确；选择密度较大体积较小的摆球，能够将摆球视为质点和减小空气阻力引起的误差，故 D 错误。答案：(1)096(2)C返回2(1)在做“
7、用单摆测定重力加速度”的实验时，用摆长 l 和周期 T 计算重力加速度的公式是 g_。若已知摆球直径为 200 cm，让刻度尺的零刻度线对准摆线的悬点，摆线竖直下垂，如 图 甲 所 示，则 单 摆 摆 长 是_m。若测定了 40 次全振动的时间为 752 s，计算可得单摆周期是_s。返回(2)为了提高测量精度，需多次改变 l 值，并测得相应的 T 值。现将测得的六组数据标示在以 l 为横坐标，以 T2 为纵坐标的坐标系上(如图乙所示)，即图中用“”表示的点，则：单摆做简谐运动应满足的条件是_。根据图中给出的数据点作出 T2 和 l 的关系图线，根据图线可求出 g_m/s2(结果保留两位有效数字
8、)。返回解析：(1)由 T2 lg，可知 g42lT2。由题图甲可知：摆长l(8850100)cm8750 cm0875 0 m。单摆周期 T t40188 s。(2)单摆做简谐运动应满足的条件是摆线偏离平衡位置的夹角小于 5。T2 和 l 的关系图线如图所示，直线斜率 kT2l40，由 g42lT2 42k，可得 g99 m/s2。答案：(1)42lT2 0875 0 188(2)摆线偏离平衡位置的夹角小于 5 见解析图 99返回3(2019北京海淀区检测)一位同学做“用单摆测定重力加速度”的实验。(1)下列是供学生自主选择的器材，你认为应选用的器材是_(填写器材的字母代号)。A约 1 m
9、长的细线B约 03 m 长的铜丝C约 08 m 长的橡皮筋D直径约 1 cm 的实心木球E直径约 1 cm 的实心钢球F直径约 1 cm 的空心铝球返回(2)该同学在安装好如图甲所示的实验装置后，测得单摆的摆长为 L，然后让小球在竖直平面内小角度摆动。当小球某次经过最低点时开始计时，在完成N 次全振动时停止计时，测得时间为 t。请写出测量当地重力加速度的表达式 g_。(用以上测量的物理量和已知量的字母表示)返回(3)为减小实验误差，该同学又多次改变摆长 L，测量多组对应的单摆周期 T，准备利用 T2-L 的关系图线求出当地的重力加速度值。相关测量数据如表：次数12345L/m080009001
10、00011001200T/s179190201211220T2/s2320361404445484返回该同学在图乙中已标出第 1、2、3、5 次实验数据对应的坐标，请你在图乙中用符号“”标出与第 4次实验数据对应的坐标点，并画出T2-L 关系图线。(4)根据绘制出的 T2-L 关系图线，可求得 g 的测量值为_m/s2。(结果保留三位有效数字)返回解析：(1)摆线应选择较细且不易伸长的线，为便于测量周期，应选约 1 m 长的细线，故选 A；为了减小空气阻力的影响，摆球选择密度大的，故选 E。(2)单摆的周期为 T tN，根据 T2 Lg，可得 g42N2Lt2。(3)第 4 次实验数据对应坐标点及 T2-L 关系图线如图所示。返回(4)由 T2 Lg，可得 T242Lg，则 T2-L 图线的斜率 k42g，所以 g42k。根据 T2-L 图线求得斜率 k410 s2/m，故 g42k962 m/s2。答案：(1)AE(2)42N2Lt2(3)见解析图(4)962返回规律方法由单摆周期公式 T2 Lg得出 T242Lg，从而确定 T2-L图像是过坐标原点的一条直线。利用描点法画出图像，求出图像的斜率，并根据斜率与重力加速度 g 的关系求出重力加速度g，是常用的数据处理方法。返回“课时跟踪检测”见“课时检测(八十三)”(单击进入电子文档)
