物理人教版（2019）选择性必修第一册2.5实验：用单摆测量重力加速度（共21张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）选择性必修第一册2.5实验：用单摆测量重力加速度（共21张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 11.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-25 08:34:15 | ||
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文档简介
(共22张PPT)
5 实验：用单摆测量重力加速度
人教版高中物理选择性必修一
第二章 机械振动
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
如何测量重力加速度呢？
自由落体运动法
单摆法
常用的方法有三种：
平衡法
01
02
03
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，测量深圳的重力加速度。
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？
应该如何设计实验装置、选择实验器材？
原 理
思 考
实验器材
铁架台和铁夹
不易伸长的细线一条（长约1m）
带孔小钢球一个
米尺、游标卡尺
秒表
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
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？
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？
变式训练2 在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中：
(1) 选择好器材，将符合实验要求的单摆悬挂在铁架台上，应采用图________中所示的固定方式．
乙
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：用米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l＝l0＋d/2
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？
【例题1】某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素。
(2) 他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度L=0.9990m，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图所示，则该摆球的直径为_________mm，单摆摆长为_________m。
12.0
0.9930
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？
还有其他方法可以测周期吗？
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。
3. 测周期：把单摆从平衡位置拉开一个角度（＜5 ）放开它，用秒表测量单摆完成30次全振动（或50次）所用的时间t，求出完成一次全振动所需要的时间，这个平均时间就是单摆的周期。T= t / n
4. 求重力加速度：把测得的周期和摆长的数值代入公式，求出重力加速度g的值来。
5. 多次测量求平均值：改变摆长，重做几次实验。计算出每次实验的重力加速度。最后求出几次实验得到的重力加速度的平均值，即可看作本地区的重力加速度。
1分51.4秒
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2分7.6秒
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。求出每组对应的g值，最后求出g的平均值。设计如下表所示实验表格
四、数据分析
1.数据处理
方法二： 图像法
思考与讨论
两种数据处理的方法，哪种误差更小呢？
四、数据分析
2.误差分析
产生原因 减小方法
系统误差 主要来源于单摆模型本身 ①摆球要选体积小，质量大的；
②细线不可伸长；
③悬挂点要固定不动；
④最大摆角小于5°；
⑤小球在同一个竖直平面内摆动。
偶然误差 测量时间、摆长时产生误差 ①摆长为悬挂点到球心的距离；
②计时从单摆经过平衡位置时开始，测量多次全振动的时间来计算周期，建议大于50次；
③或者是改用光电计时器来测周期；
④数据处理时，可以采用图像法进一步减小偶然误差
反思改进
在用单摆测量重力加速度时，若所用的摆球质量分布不均匀，不能用摆线长加球半径得到单摆的摆长。我们采用如下方法解决这个问题：
由①②两式可求得当地的重力加速度
五、实验拓展
利用手机单摆测重力加速度
【例题1】某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素。
(3) 下列振动图像真实地描述了对摆长约为1m的单摆进行周期测量的四种操作过程，图中横坐标原点表示计时开始，A、B、C均为30次全振动的图像，已知sin5°=0.087，sin15°=0.26，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是______。(选填字母代号)
A
为了提高实验精度，在试验中可改变几次摆长L，测出相应的周期T，从而得出一组对应的L与T的数值，再以L为横坐标T 2为纵坐标，将所得数据连成直线如下图所示，则测得的重力加速度g=_____________。
9.86m/s2
l/m
1.0
0.8
0.5
T2/s2
4
3
2
0
5 实验：用单摆测量重力加速度
人教版高中物理选择性必修一
第二章 机械振动
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
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03
04
新课引入
如何测量重力加速度呢？
自由落体运动法
单摆法
常用的方法有三种：
平衡法
01
02
03
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，测量深圳的重力加速度。
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？
应该如何设计实验装置、选择实验器材？
原 理
思 考
实验器材
铁架台和铁夹
不易伸长的细线一条（长约1m）
带孔小钢球一个
米尺、游标卡尺
秒表
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
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？
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？
变式训练2 在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中：
(1) 选择好器材，将符合实验要求的单摆悬挂在铁架台上，应采用图________中所示的固定方式．
乙
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：用米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l＝l0＋d/2
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？
【例题1】某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素。
(2) 他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度L=0.9990m，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图所示，则该摆球的直径为_________mm，单摆摆长为_________m。
12.0
0.9930
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？
还有其他方法可以测周期吗？
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。
3. 测周期：把单摆从平衡位置拉开一个角度（＜5 ）放开它，用秒表测量单摆完成30次全振动（或50次）所用的时间t，求出完成一次全振动所需要的时间，这个平均时间就是单摆的周期。T= t / n
4. 求重力加速度：把测得的周期和摆长的数值代入公式，求出重力加速度g的值来。
5. 多次测量求平均值：改变摆长，重做几次实验。计算出每次实验的重力加速度。最后求出几次实验得到的重力加速度的平均值，即可看作本地区的重力加速度。
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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
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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。求出每组对应的g值，最后求出g的平均值。设计如下表所示实验表格
四、数据分析
1.数据处理
方法二： 图像法
思考与讨论
两种数据处理的方法，哪种误差更小呢？
四、数据分析
2.误差分析
产生原因 减小方法
系统误差 主要来源于单摆模型本身 ①摆球要选体积小，质量大的；
②细线不可伸长；
③悬挂点要固定不动；
④最大摆角小于5°；
⑤小球在同一个竖直平面内摆动。
偶然误差 测量时间、摆长时产生误差 ①摆长为悬挂点到球心的距离；
②计时从单摆经过平衡位置时开始，测量多次全振动的时间来计算周期，建议大于50次；
③或者是改用光电计时器来测周期；
④数据处理时，可以采用图像法进一步减小偶然误差
反思改进
在用单摆测量重力加速度时，若所用的摆球质量分布不均匀，不能用摆线长加球半径得到单摆的摆长。我们采用如下方法解决这个问题：
由①②两式可求得当地的重力加速度
五、实验拓展
利用手机单摆测重力加速度
【例题1】某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素。
(3) 下列振动图像真实地描述了对摆长约为1m的单摆进行周期测量的四种操作过程，图中横坐标原点表示计时开始，A、B、C均为30次全振动的图像，已知sin5°=0.087，sin15°=0.26，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是______。(选填字母代号)
A
为了提高实验精度，在试验中可改变几次摆长L，测出相应的周期T，从而得出一组对应的L与T的数值，再以L为横坐标T 2为纵坐标，将所得数据连成直线如下图所示，则测得的重力加速度g=_____________。
9.86m/s2
l/m
1.0
0.8
0.5
T2/s2
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