2.5 实验：用单摆测重力加速度（教学课件）-【上好课】高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第一册）

第五节 实验：用单摆测重力加 速度 主讲老师： 20XX.XX.XX 目录 01 02 物理量的测量 实验思路 03 04 方案设计 数据分析 课堂引入 如果你是技术人员，摆钟销售公司让你帮助上节课的广东人修理摆钟，让摆钟及时更准确，你先要掌握那些数据才可以进行技术调节？ 你有哪些办法得到当地的重力加速度呢？ 提示：由 ，先知道当地的重力加速度g的值，然后计算出准确的摆钟钟摆长度。 提示： 测量当地物体下落h高度时的时间t,然后可以计算重力加速度g; 同天平测量物体的质量，然后用弹簧测力计测出物体的重力即可测出当地的重力加速度g... ... 能否用单摆来测量呢，如果用单摆测量，需要测量那些物理量呢？ 第一部分：实验思路 钟摆来回摆动 2.特征： (1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置； (2)运动具有往复性。 一、实验思路 由此可得： 单摆在偏角很小(如小于5°)时的摆动，可以看成是简谐运动， 其周期为： 只要想办法测量出单摆的摆长l和周期，带入 中就可以计算得出本地重力加速度g。 第二部分：物理量的测量 钟摆来回摆动 2. 图 2.5-2 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？你还有更好的设计吗？ （一）实验器材 问题1： 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？ 提示：线的选择：细一些、适当长一些（本实验要求1m左右）。不可伸长，且细线质量相对于摆球质量可忽略。 摆球的选择：半径小一些（远小于摆线长度）、质量大一些。 这样做成的装置才符合单摆模型，当摆角小于5°时，才可看成简谐运动，摆动周期 。 问题2：下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？你还有更好的设计吗？ PK 提示：应选用乙方式悬挂，因为相对于甲装置，乙装置在单摆摆动过程中摆长不变，且可调整摆长。 （二）物理量的测量 测摆线长度 测摆球的直径 方法一： 用刻度尺直接测量小球球心与悬挂点之间的距离作为摆长的测量值。 方法二： 用游标卡尺测量小球的直径，算出它的半径，再用刻度尺测量悬挂点与小球上端之间的距离，以二者之和作为摆长的测量值。 1.摆长的测量 （二）物理量的测量 2.周期的测量 方案一：用停表测单摆一次全振动的时间作为它的周期测量值。 方案二：用停表测单摆多次全振动的时间，然后计算求出它的周期数值。 提示：由于单摆一次全振动周期较短，测量误差较大，因此选择第二个方案较好。 你认为哪个方案好？为什么？ 你认为停表计时起点，是从单摆的最低点开始好呢？还是从最大位置开始好呢？为什么？ 提示：最低点。一是最低点位置很明确，便于观测，而最高点位置模糊不便观测；二是单摆经过最低点时的速度最快，在通过最低点的瞬间按动秒表计时最精确。 第三部分：数据分析 钟摆来回摆动 （一）数据分析 如何进行数据分析得出当地较为准确的重力加速度g? 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： 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 2.图像法： 在很多实验数据分析中，为了让作图更为准确，我们通常怎么做？ 提示：想办法找到测量的两个物理量之间的线性关系式，这样作图简单而又准确。 请尝试推导T与l之间的线性关系式？然后说明如何求出重力加速度g的准确值？ 由周期公式： 得 斜率： 即，做出T2-l图像，求出斜率k,则： （一）数据分析 在实验中，哪些操作会导致实验产生误差？ （二）误差分析 主要来自于单摆模型本身是否符合要求，即悬点是否固定，摆球和摆长是否符合要求，最大摆角是否不超过5°，是否在同一竖直平面内摆动等。 （2）测长度和摆球直径时，读数也容易产生误差。 1.系统误差 2.偶然误差 （1）主要来自于时间测量，测量时间时要求从摆球通过平衡位置开始计时，在记次数时不能漏记或多记。同时应多次测量，再对多次测量结果求平均值。机械式停表只能精确到0.1s，读数时不需估读. 第四部分：方案设计 钟摆来回摆动 （一）实验步骤 根据前面的分析，请梳理出完善的实验步骤，并交流。 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 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