15-05实验：用单摆测重力加速度-2023-2024学年高二物理精编动态课件（人教版2019选择性必修第一册）

05.实验：用单摆测重力加速度 一.实验目的 1.练习使用秒表 2.测量当地的重力加速度 二.实验原理 1.计算法：测量单摆的摆长和周期，可以计算出当地的重力加速度。要求多次测量求平均值 2.图像法：测出多组数据作T2－l图象或者l－T2图象，利用斜率求重力加速度 三.实验器材 细线（不少于1m）、小铁球、铁架台（连铁夹）、毫米刻度尺、游标卡尺、秒表 四.实验步骤 1.在细线与小球连接制成单摆，然后固定在桌边的铁架台上 2.用米尺量出线长L，用游标卡尺测摆球直径d，则单摆的摆长为l＝L＋d/2. 3.让单摆小幅摆动，用秒表测量单摆完成30次全振动（或50次）所用的时间，并计算周期T。 4. 改变摆长多做几次并记录数据 5. 利用摆长l和周期T代入公式 求出g或者作图利用斜率求出g 五.注意事项 1.细线不可伸缩，且质量要轻（不能用橡皮筋，麻绳） 2.小球用小铁球，体积小，质量大（不能用木球） 3.摆长要固定，单摆上端要用铁夹夹住（不能绕在铁夹上） 4.摆角要小（一般不超过10度） 5.应该让小球在同一竖直平面内摆动（不能形成圆锥摆） 6.测细线长应该悬挂小球时测量（不能放水平桌面测量） 7.注意读数精度（测量细线应该用毫米刻度尺，测量小球直径用游标卡尺） 8.测量周期应该从平衡位置计时，按下秒表时数0，一次全振动后才数1 ……（不能从两侧最高点计时） 9.秒表不需要估读（高中不需要估读的仪器：秒表，游标卡尺，电阻箱） 六.机械秒表的读数 1.按钮功能： 开始，结束，复位 2.表盘构造： 内侧表盘与外侧表盘 3.工作原理： 内侧表盘：反映分针读数t1，转一周是15分钟，每1大格为1分钟，分成前后两部分，指针在1~2之间t1=1分，指针在2~3之间t1=2分，以此类推…… 外侧表盘：反映秒针读数t2，转一周是30s，转两周为60s，每大格为1秒钟，分成10小格，读到0.1s，不需要估读。若分针在前半部分，秒针为0~30.0s，若分针在后半部分，秒针为30.0~60.0s。 4.读数公式：t= 分针读数(t1)+秒针读数(t2)，例如：2分38.2秒，12.3秒…… 6 七.数据处理 1.计算法： 实验次数 细线长L n次全振动时间t 周期T 代入公式算出g g的平均值 1 2 3 七.数据处理 2.图象法: 作出l －T2图象或者T2 － l图象，算出图像的斜率，从而求出重力加速度g。 八.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，振动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等。只要注意了上面这些方面，就可以使系统误差减小到远小于偶然误差而忽略不计的程度. ②本实验偶然误差主要来自时间(即单摆周期)的测量上.因此，要注意测准时间(周期)。要从摆球经过平衡位置开始计时，不能多记或漏记振动次数。为了减小偶然误差，应进行多次测量后取平均值. ③本实验中长度(摆线长、摆球的直径)的测量值，读数读到毫米位即可(即使用卡尺测摆球直径也只需读到毫米位)。时间的测量中，停表读数的有效数字的末位在“秒”的十分位即可。 例1.某同学测定的g的数值比当地公认值大，造成的原因可能是( ) A.摆球质量太大了； B.量摆长时从悬点量到球的最下端； C.摆角太大了（摆角仍小于10°）； D.计算摆长时忘记把小球半径加进去； E.摆球不是在竖直平面内做简谐振动，而是做圆锥摆运动； F.计算周期时，将(n－1)次全振动误记为n次全振动. BEF 例2.为了提高周期的测量精度，下列哪些做法是可取的( ) A.用秒表直接测量一次全振动的时间； B.用秒表测30至50次全振动的时间，计算出平均周期； C.在平衡位置启动停表和结束计时； D.在最大位移处启动停表和结束计时； E.用秒表测100次全振动时间，计算平均周期； F.在平衡位置启动停表，并开始计算，当摆球第30次经过平衡位置时制动停表，若读数为t，则T＝t/30. BC 例3.在做“用单摆测定重力加速度的实验”中为了减小误差，应注意的事项是( ) ①摆球以选密度大，体积小的小球为好 ; ②摆长以0.25米为宜 ; ③摆角应小于10°; ④摆线的悬点要固定，方不会在摆动中出现移动或晃动 ; ⑤要使单摆在竖直平面内摆动，不得使其形成锥形摆或摆球转动 ; ⑥测量周期时，应从摆球通过最低点时开始计时 . A.只①②③④项正确 B.只有⑤⑥项正确 C.只有①③④⑤⑥正确 D.都正确 C 例4.在《用单摆测定重力加速度》的实验中，以下各实验步骤中有错误的是（ ） A.在未悬挂好摆球之前先测好摆长; B.测得的摆