2.5 实验：用单摆测量重力加速度 学案-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

山东省聊城第三中学 高二（理）物理导学案 学生：______________ 班级：_________ 编写：黄兰芝 审核：刘文正 时间：2023年11月15日 编号：16 2.5 用单摆测量重力加速度 课标 解 读 课标要求 素养要求 1.知道单摆的周期与摆长、重力加速度的关系 2.会用单摆测定重力加速度。 1.科学思维：会利用运动学，动力学知识认知单摆运动。 2.科学探究：通过各物理量之间的关系认知单摆的动力学特点。 【预习导航】 一、单摆周期的表达式及受力特点 （1）一般表达式 （2）单摆摆动过程中受 与 的力的作用，在平衡位置只有 加速度，在最大位移处受 加速度 二：实验思路 当摆角很小时（）由周期公式 可得：g＝ ，只要测出单摆的摆长和周期，就可以求出当地的重力加速度。 三．实验装置 1、 在细线的一端打一个比小球上的孔径稍大些的结，将细线穿过球上的小孔，并把细线上端固定在铁架台上。（如何固定？ ） 2、 将铁架台固定在铁架台的上端，即用铁夹固定细线上端。 3.将铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，方便使用不同长度的摆线。 四：物理量的测量 1、 测摆长 （1） 摆长是 和 的半径之和。 （2） 用游标卡尺测出小球的直径D，算出半径r；用刻度尺测量悬挂点到小球上端的距离则摆长=+r 2、 测周期：把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度（），然后释放摆球，用停表测出单摆完成30-50次全振动的时间，计算出完成一次全振动的时间，即单摆的周期。 五：数据分析 1、 公式法：将几次测得的周期T和摆长代入公式g＝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：由单摆周期公式T＝2π可得，因此以为纵轴、以摆长为横轴作出的-图像是一条过原点的直线，其斜率k= ，求出斜率k值，即可求出g值。 六：注意事项 1、 细线应选择 、 且不易伸长的线；小球应选用 大、 小的球。 2、 细线上端不可随意卷在铁架台的杆上，而应用铁夹夹紧，以免摆动时， 会改变。 3、 单摆摆动时，偏角尽量小些（），且要保持在同一竖直面内，不要形成圆锥摆。 4、 摆长=摆线长+小球半径。测摆长时应将摆球悬挂好再测。 5、测量单摆的振动周期时要从 开始计时 解释：单摆摆到平衡位置时的速度最大，从这里作为计时起点误差最小。因为计时的瞬间球快速地通过平衡位置，即使球没有摆到平衡位置或刚超过了平衡位置，摆球的运动用时也很短。相反，若在最大位移处开始计时，正因为是速度很小，计时的瞬间若摆球没有到达或超过最大位移，运动时间较长，引起的误差就会大一些。 【课堂检测】 一、单选题 1.在“用单摆测定重力加速度”的实验中，若测得的g值偏小，可能是因为（   ） A. 摆球的质量太大 B. 测摆长时，将线长加小球直径作为摆长 C. 测周期记录全振动次数时，将n次全振动误记为（n+1）次 D. 摆球上端未固定牢固，摆动中出现松动，摆线变长 2.在“用单摆测定重力加速度”实验中，下列操作正确的是（   ） A. 须选用轻且不易伸长的细线 B. 须选用密度和直径都较小的摆球 C. 摆长必须大于1m，摆角必须小于5º D. 如果用DIS实验系统做实验，光电门应放在摆球摆动过程的最高点 3.某同学在用单摆测定重力加速度时，由于摆球质量分布不均匀，无法确定其重心位置，他第一次取悬线长为L1 ， 测得单摆振动周期为T1；第二次取悬线长为L2 ， 测得单摆振动周期为T2。由此可计算重力加速度g为（   ） A.                 B.             C.                 D.  4．某实验小组在“用单摆测量重力加速度”的实验中，通过计算测得的重力加速度g值偏小，其原因可能是（　　） A．摆球质量偏大 B．测摆线长时摆线拉的过紧 C．误将n次全振动记录为（n+1）次 D．误将摆线长当成摆长，未加小球的半径 5．某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的实验中，用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果如图所示，则该摆球的直径为0.97cm。小组成员在实验过程中有如下说法，其中正确的是（　　） A．把单摆从平衡位置拉开30°的摆角，并在释放摆球的同时开始计时 B．测量摆球通过最低点100