第2章 第4节　科学测量：用单摆测量重力加速度（课件 学案）高中物理 鲁科版（2019）选择性必修 第一册

(课件网) 第4节 科学测量：用单摆测量重力加速度 01 基础知识落实 02 必备技能培养 03 教学效果检测 目 录 01 PART 基础知识落实 一、实验目的 1. 用单摆测量重力加速度。 2. 会使用秒表测量时间。 3. 能分析实验误差的来源，并能采用适当方法减小测量误差。 二、实验器材 长约1 m的细线、开有小孔的金属小球、带有铁夹的铁架台、刻度尺、秒 表、游标卡尺。 三、实验原理与设计 单摆做简谐运动时，由周期公式T＝2π，可得g＝。因此，测出单摆 摆长和振动周期，便可计算出当地的重力加速度。 用秒表测量30～50次全振动的时间，计算平均做一次全振动的时间，得到 的便是振动周期。 四、实验步骤 1. 取长约1 m的细线，细线的一端连接小球，另一端用铁夹固定在铁架台 上，让摆球自由下垂，如图所示。 2. 用刻度尺测量摆线长度l线，用游标卡尺测量小球的直径d。测量多次， 取平均值，计算摆长l＝l线＋。 3. 将小球从平衡位置拉至一个偏角小于5°的位置并由静止释放，使其在 竖直面内振动。待振动稳定后，从小球经过平衡位置时开始用秒表计时， 测量N次全振动的时间t，则周期T＝。如此重复多次，取平均值。 4. 改变摆长，重复实验多次。 5. 将每次实验得到的l、T代入g＝计算重力加速度，取平均值，即为测 得的当地重力加速度。 五、数据处理 1. 公式法：每改变一次摆长，将相应的l和T代入公式g＝中求出g值， 最后求出g的平均值，设计如表所示的实验表格。 实验次 数 摆长l/m 周期T/s 加速度g/（m·s－2） g的平均值/（m·s－2） 1 2 3 2. 图像法：由T＝2π得T2＝l，作出T2-l图像，即以T2为纵轴，以l为横 轴，其斜率k＝。由图像的斜率即可求出重力加速度g。 六、误差分析 1. 本实验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，是单摆还是复摆。球、线是否符合要求，摆动是圆锥摆还是在同一竖 直平面内的摆动以及测量哪段长度作为摆长等。只要注意了上面这些方 面，就可以使系统误差减小到远远小于偶然误差，达到忽略不计的程度。 2. 本实验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（周期），要从摆球通过平衡位置开始计时，并采用倒数计时计数 的方法，不能多记或漏记全振动次数。为了减小偶然误差，进行多次测量 后取平均值。 02 PART 必备技能培养 题型一｜实验原理与操作 【典例1】　某实验小组的同学用图甲所示的装置做“用单摆测量重力加 速度”的实验。 （1）实验过程中测量小球直径时游标卡尺读数如图乙所示，其读数 为 mm；测量单摆周期时秒表读数如图丙所示，其读数 为 s。 解析：根据游标卡尺的读数，摆球的直径为10 mm＋0.1×5 mm＝10.5 mm 由题图丙所示，其读数为t＝120 s＋23.3 s＝143.3 s。 10.5 143.3 （2）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，并且尽可能长一些 b.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，开始时拉动摆球，使摆线相距平 衡位置有较大的角度 d.拉动摆球，使摆线偏离平衡位置的角度不大于5°，在释放摆球的同 时开始计时，当摆球回到开始位置时停止计时，此时间间隔Δt即为单 摆周期T abe e.拉动摆球，使摆线偏离平衡位置的角度不大于5°，释放摆球，当摆球振 动稳定后，从平衡位置开始计时，记下摆球做50次全振动所用的时间Δt， 则单摆周期T＝ 解析：根据用单摆测量重力加速度的实验要求应选a、b、e。 解析：根据单摆的周期公式T＝2π 其中有l＝l线＋ 联立解得g＝。 在“用单摆测量重力加速度”实验中： （1）用游标卡尺测实验所用的匀质小球的直径D，如图所示，则小球的直 径D是 mm。 解析：小球的直径为D＝12 mm ... ...