2024-2025年高一物理人教版选择性必修一同步精品讲义2.5 实验：用单摆测量重力加速度（解析版）.docx

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2.5实验：用单摆测量重力加速度

学习目标：会用单摆测定重力加速度。

1．实验目的：（1）利用单摆测定当地的重力加速度。（2）巩固和加深对单摆周期公式的理解。

2．实验原理：单摆在偏角很小（小于5°）时的摆动，可以看成是简谐运动。其固有周期为T＝2πeq\r(\f(l,g))，由此可得g＝eq\f(4π2l,T2)。据此，只要测出摆长l和周期T，即可计算出当地的重力加速度值。

3．实验器材：铁架台及铁夹；中心有小孔的金属小球；约1m长的细线；停表；米尺；游标卡尺。

4．实验步骤

（1）让线的一端穿过小球的小孔，然后打一个比小孔大一些的线结，做成单摆。

（2）把线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自由下垂，在单摆平衡位置处做上标记，如图所示。

（3）用米尺测摆线长，用游标卡尺测小球直径d或直接用米尺测量单摆的摆长（悬点到球心间的距离）。

（4）把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度（不超过5°），然后放开小球让它摆动，用停表测出单摆完成30～50次全振动的时间，计算出平均完成一次全振动的时间，这个时间就是单摆的振动周期。

（5）改变摆长，重做几次实验。

（6）加速度的平均值，即是本地区的重力加速度的值。

（7）将测得的重力加速度数值与当地重力加速度数值加以比较，分析产生误差的可能原因。

5．数据处理

（1）公式法：根据公式g＝eq\f(4π2n2l,t2)，将每次实验的l、n、t数值代入，计算重力加速度g，然后取平均值。

（2）图像法：作出T2－l图像，由T2＝eq\f(4π2l,g)可知T2－l图线是一条过原点的直线，其斜率k＝eq\f(4π2,g)，求出k，可得g＝eq\f(4π2,k)。

6．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；球、线是否符合要求；振动是圆锥摆还是同一竖直平面内的振动以及测量哪段长度作为摆长等等。

（2）本实验偶然误差主要来自时间（即单摆周期）的测量上。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，不能多记或漏记振动次数。为了减小偶然误差，进行多次测量后取平均值。

（3）本实验中在长度（摆线长、摆球的直径）的测量时，读数读到毫米即可（即使用游标卡尺测摆球直径也只需读到毫米）；在时间的测量中，秒表读数的有效数字的末位在秒的十分位即可。

7．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1m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2cm。

（2）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，摆长改变的现象。摆长要悬挂好摆球后再测，不要先测摆长再系小球，因为悬挂摆球后细绳会发生形变。计算摆长时要将摆线长加上摆球半径，不要把摆线长当作摆长。

（3）注意摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过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。

（5）计算单摆的振动次数时，应以摆球通过最低位置时开始计时，以后摆球从同一方向通过最低位置时进行计数，且在数“零”的同时按下停表，开始计时计数。

【题1】某同学在利用单摆测重力加速度的实验中。

（1）下列的各项操作正确的是（______）

A．选择有弹性的细绳做为摆线

B．从最高位置开始计时C．选择密度较小球作为摆球

D．测出小球直径，把单摆固定后，让小球自然下垂，用刻度尺量出摆线的长度，再加上小球的半径

（2）若测得重力加速度偏大，则可能是（______）

A．误把悬线长和小球的直径之和作为摆长

B．计算摆长时，只考虑悬线长，漏加了小球的半径

C．测量周期时，将n次全振动误记为（n+1）次全振动

D．测量周期时，将（n+1）次全振动误记为n次全振动

（3）甲同学准确无误地完成实验，作出了T2—L图象为OM，乙同学也进行了与甲同学同样的实验，但实验后他发现测量摆长时忘了加上摆球的半径，则该同学作出的T2—L图象为图中的（______）

A．虚线①，不平行实线OMB．虚线②，平行实线OM

C．虚线③，平行实线OMD．虚线④，不平行实线OM

【答案】（1）D（2）AC（3）B

【详解】（1）选择没有弹性的细绳做为摆线，选项A错误；从摆球运动到最低点开始计时，选项B错误；选择密度较大、体积较小的球作为摆球，选项C错误；测出小球直径，把单摆固定后，让小球自然下垂，用刻度尺量出摆线的长度，再加上小球的半径，即为摆长，选项D正确；

（2）根据可得

误把悬线长和小球的直径之和作为摆长，则摆长测量值偏大，得到的g值偏大，选项A正确；计算摆长时，只考虑悬线长，漏