第2章 第4节 实验：用单摆测量重力加速度（课件PPT）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第4节　实验：用单摆测量重力加速度 一、本版教材实验理清楚 实验目的 1．用单摆测量重力加速度。 2．会使用停表测量时间。 3．能分析实验误差的来源，并能采用适当方法减小误差。 数据处理 1．平均值法：每改变一次摆长，将相应的l和T代入公式中求出g值，最后求出g的平均值。 设计如下所示实验表格 2．偶然误差：主要来自时间(即单摆周期)的测量上，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，并采用倒计时计数的方法，即4,3,2,1,0,1,2，…在数“零”的同时按下停表开始计时，不能多计或漏计振动次数。为了减小偶然误差，应进行多次测量后取平均值。 注意事项 1．选择材料时应选择细、轻又不易伸缩的线，长度一般在1 m 左右，摆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。 3．注意摆动时控制摆线偏离竖直方向的角度不超过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。 二、他版教材实验多融通 (一)鲁科版教材实验方案　 [差异解读] 1 ．实验原理与实验方案与教科版实验方案相同。 2．对应平衡位置在桌子上设置了标记，测量更准确。 3．用秒表测量时间，不同于教科版用停表测量。 (二)粤教版教材实验方案　 [差异解读] 1 ．实验原理与实验方案与教科版实验方案相同。 2．对应平衡位置，在桌子上设置了记号，并手拿铅笔作了标记。 3．用秒表测量时间，不同于教科版用停表测量。 [典例1]　在“用单摆测量重力加速度”的实验中： (1)某同学制作了如图所示的甲、乙、丙三个单摆，你认为他应 选用________图所示的单摆来做实验。 (2)实验过程中某同学分别用了图(a)、(b)所示的两种不同方式悬挂小球，你认为________[选填“(a)”或“(b)”]悬挂方式较好。 实验原理与操作 数据处理和误差分析 (3)如果测得的g值偏小，可能的原因是________。 A．测摆长时摆线拉得过紧 B．摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，使摆线长度增加了 C．开始计时时，停表过迟按下 D．实验时误将49次全振动数为50次 [答案]　(1)测量摆长时漏掉了摆球的半径　(2)9.87　(3)B 图像法求重力加速度 (1)图像法处理数据既直观又方便，同时也能最大限度地减小偶然误差对实验结果造成的影响。 (2)由于T-l的图像不是直线，不便于进行数据处理，所以采用T2-l的图像，目的是将曲线转换为直线，便于利用直线的斜率计算重力加速度。　　 1．[数据处理的创新]如图甲所示，某学习小组在实验室做“探究单摆的周期与摆长的关系”的实验。 (1)若用秒表测出单摆完成n次全振动所用的时间t。请写出周期的表达式T＝________。 (2)若利用拉力传感器记录拉力随时间变化的关系，由图乙可知，该单摆的周期T＝________ s。 创新考查角度和创新思维 (3)在多次改变摆线长度测量后，根据实验数据，利用计算机作出周期与摆线长度的关系(T2-L)图线，并根据图线拟合得到方程T2＝kL＋b，由此可知当地的重力加速度g＝________，摆球半径r＝________(用k、b、π表示)。 r/m 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 T/s 2.11 2.14 2.20 2.30 2.43 2.64 答案：(1)T2r　(2)kg·m2　0.17　(3)不变 1．(2020·全国卷Ⅱ)用一个摆长为80.0 cm的单摆做实验，要求摆动的最大角度小于5°，则开始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情况下，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，要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等。新单摆的摆长应该取为________cm。 答案：6.9　96.8 2．某同学在实验室利用单摆测量当地的重力加速度。 (1)他在组装单摆时，应选择________。 (2)在摆球自然悬垂的状态下，用毫米刻度尺量取从悬点到摆球最顶端的长度l；用游标卡尺测量摆球的直径d，示数如图，则d＝________mm。 (3)该同学测出不同摆长L和对应的周期T，并在坐标纸上作出T2-L图 线，由图线可精确求出重力加速度g≈________m/s2(已知π2≈9.86， 结果保留3位有效数字)。 (4)另一同学由单摆周期公式直接求得的g值偏小，则可能是________。 A．测量悬线长度作为摆长，没有加上摆球的半径 B．把N次全振动误计为(N＋1)次全振动 C．摆线上端未固定牢，摆动过程中出现松动，使