2.5 实验：用单摆测量重力加速度 课件-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

大地测量 航空航天技术 地球物理学 5 实验：用单摆测量重力加速度 学习目标 知道实验的思路，会安装实验装置并进行物理量的测量 知道误差产生的原因，并掌握减小误差的方法 会用两种方法对实验数据进行处理分析 会用手机制作单摆来测重力加速度 01 02 03 04 新课引入 1911年4月，利比里亚商人哈桑在挪威买了12000吨鲜鱼，运回利比里亚首府后，一过称，鱼竟一下少了47吨！哈桑回想购鱼时他是亲眼看着鱼老板过称的，一点儿也没有少啊，归途上平平安安，无人动过鱼。那么这47吨鱼的重量上哪儿去了呢？哈桑百思不得其解。 后来，这桩奇案终于大白于天下。原来这是地球重力“偷”走了鱼的重量。地球重力是地球万有引力的一个分力，重力值会随着地球纬度的增加而增加，赤道处最小，两级最大。挪威所处纬度高，靠近北极；利比里亚的纬度低，靠近赤道，物体的重力值也随之减少。哈桑的鱼丢失了分量，就是因不同地区的重力不同造成的。 故事 新课引入 实际原因 上世纪初，人们常把物体的重力和重量混为一谈，实际上物体质量没有变化。由G=mg可知，重力变化时，重力加速度g在改变，它的变化规律就是随地球纬度的增加，g增大。 各地的重力加速度g 即便是在同一纬度上，g的值也会有不同，这又是为什么呢？ 这与地球该处的内部物质成分有关系，我们根据这个特点，可以探测地面下的矿产物质等。 测量重力加速度的物理意义 了解地球表面重力加速度的分布，对地球物理学、航空航天技术及大地测量等领域有十分重要的意义。为此，就需要了解测量重力加速度的方法。 地球物理学 航空航天技术 大地测量 新课引入 新课引入 如何测量重力加速度呢？ 常用的方法有三种： 一、实验思路 惠更斯 惠更斯在推导出单摆的周期公式后，用一个单摆测出了巴黎的重力加速度。我们也可以采用同样的办法，测量台州的重力加速度。 当摆角较小时，单摆做简谐运动， 想一想，要根据上式测量重力加速度 需要测量哪些物理量？ 应该如何选择实验器材和设计实验装置？ 原 理 思 考 测出l和T便可以计算出g 二、实验装置 细线上端的两种悬挂方式 思考与讨论 线有粗细、长短的不同，伸缩性也有区别。不同的小球，质量和体积有差异。想一想，应如何选择摆线和摆球？为什么？ 摆球：质量 、 体积 。 摆线：尽量 。 大 小 细 √ 2.上图画出了细线上端的两种不同的悬挂方式。应该选用哪种方式? 为什么？ 二、实验装置 实验装置 1．将细线的一端穿过小球的小孔，然后打一个比孔径稍大一些的结，把细线的另外一端固定在铁架台上面，制成一个单摆。 2．把线的上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，让摆球自由下垂，在单摆平衡位置处放上一支笔作标记。 3．将小球拉起一个很小的摆角，由静止释放小球，该小球将做简谐运动，这便制成了一个单摆装置。 单摆装置的制作 三、物理量的测量 1.测摆长 方法一：用刻度尺直接测量小球球心与悬挂点之间的距离，如图所示。 方法二：用刻度尺量出从悬点到小球上端的悬线长l0，再用游标卡尺测量出摆球的直径d，则摆长 直接测摆长 测摆球的直径 两种测摆长的方法，哪种误差更小呢？ 思考与讨论 L d （2）秒表测量n次全振动的时间 t （1）要在小球经过平衡位置时开始计时： 三、物理量的测量 2.测周期 (30～50次) 11 三、物理量的测量 秒表测单摆的周期 为什么不是测量一次全振动的时间作为周期，而是要测量多次全振动的时间？ 2.测周期 将单摆从平衡位置拉开一个小角度(摆角小于5°)，然后释放摆球让单摆在竖直平面内摆动。 当单摆摆动稳定后，过平衡位置时开始计时，测量30～50次全振动的时间。计算出完成一次全振动的时间，即为单摆的振动周期T。 思考与讨论 0 31 2 33 4 35 6 37 8 39 41 10 43 12 14 45 16 47 18 49 20 51 22 53 24 26 55 57 28 59 0 1 2 6 7 8 9 10 11 3 4 5 12 13 14 0 31 2 33 4 35 6 37 8 39 41 10 43 12 14 45 16 47 18 49 20 51 22 53 24 26 55 57 28 59 0 1 2 6 7 8 9 10 11 3 4 5 12 13 14 三、物理量的测量 2.测周期 四、数据分析 实验次数 摆长l(m) 周期T(s) 加速度g(m/s2) g的平均值 1 2 3 1.数据处理 方法一：平均值法 将单摆的摆长变短或变长，重复实验三次，测出相应的摆长 l 和周期 T。求出每组对应