2024年高考物理一轮复习第十四章振动和波光第4课时探究单摆的运动用单摆测定重力加速度学案新人教版.docVIP

2024年高考物理一轮复习第十四章振动和波光第4课时探究单摆的运动用单摆测定重力加速度学案新人教版.doc

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第4课时探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度

一、试验目的

1.学会用单摆测定当地的重力加速度。

2.能正确娴熟地运用秒表。

二、试验原理

当偏角很小时,单摆做简谐运动,其振动周期为T=2πeq\r(\f(l,g)),它与偏角的大小及摆球的质量无关,由此得到g=eq\f(4π2l,T2)。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。

三、试验器材

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

小钢球、细线

用来制作单摆

秒表

用来测定单摆的周期

刻度尺、游标卡尺

测定摆线长和摆球直径,确定摆长

四、试验步骤

1.做单摆

取约1m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,并把铁架台放在试验桌边,使铁夹伸到桌面以外,让摆球自然下垂。试验装置如图。

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l=l′+eq\f(D,2)。

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,登记单摆做30~50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.变更摆长,重做几次试验。

五、数据处理

1.公式法

将测得的几组周期T和摆长l代入公式g=eq\f(4π2l,T2)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T=2πeq\r(\f(l,g))可得l=eq\f(g,4π2)T2,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。g=4π2k,k=eq\f(l,T2)=eq\f(Δl,ΔT2)。

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,摇摆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,要留意测准时间(周期),要从摆球通过平衡位置起先计时,并采纳倒计时计数的方法,即4,3,2,1,0,1,2,…在数“0”的同时按下秒表起先计时。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。

七、留意事项

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.单摆悬线的上端不行随意卷在铁架台的杆上,应夹紧在铁夹中,以免摇摆时发生摆线下滑、摆长变更的现象。

3.留意摇摆时限制摆线偏离竖直方向的夹角要小于5°。可通过估算振幅的方法驾驭。

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,应从摆球通过平衡位置时起先计时,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,起先计时计数。

1.(2024·全国卷Ⅱ)用一个摆长为80.0cm的单摆做试验,要求摇摆的最大角度小于5°,则起先时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过__________cm(保留1位小数)。(提示:单摆被拉开小角度的状况下,所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程。)

某同学想设计一个新单摆,要求新单摆摇摆10个周期的时间与原单摆摇摆11个周期的时间相等。新单摆的摆长应当取为________cm。

解析:由弧长公式可知l=θR,又结合题意所求的距离近似等于弧长,则d=eq\f(5°,360°)×2π×80.0cm=6.98cm,结合题中保留1位小数和摇摆最大角度小于5°可知不能填7.0,应填6.9;由单摆的周期公式T=2πeq\r(\f(l,g))可知,单摆的周期与摆长的平方根成正比,即T∝eq\r(l),又由题意可知原单摆周期与新单摆周期的比为10∶11,则eq\f(10,11)=eq\r(\f(80.0cm,l′)),解得l′=96.8cm。

答案:6.996.8

2.(2024·郑州模拟)物理试验小组的同学做“用单摆测重力加速度”的试验。

(1)试验室有如下器材可供选用:

A.长约1m的细线

B.长约1m的橡皮绳

C.直径约2cm的匀称铁球

D.直径约5cm的匀称木球

E.停表

F.时钟

G.最小刻度为毫米的米尺

试验小组的同学须要从上述器材中选择:____________________(填写器材前面的字母)。

(2)下列振动图像真实地描述了对摆长约为1m的单摆进行周期测量的四种操作过程

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