2020_2021年新教材高中物理第二章机械振动5实验：用单摆测量重力加速度学案新人教版选择性必修第一册20210408236.doc

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1、优选实验：用单摆测量重力加速度目标体系构建明确目标·梳理脉络【学习目标】1．理解用单摆测重力加速度的思路与科学探究方法。2．学会用公式法或图像法处理实验数据。3．会分析导致实验误差的原因。【思维脉络】课前预习反馈教材梳理·落实新知知识点1　实验目的通过测量摆长、周期，利用公式g＝____求出当地的重力加速度。知识点2　实验器材铁架台及铁夹、金属小球(上面有一个通过球心的小孔)、__秒表__、细线(长1m左右)、刻度尺(最小刻度为1mm)、__游标卡尺__。知识点3　实验原理与设计1．实验的基本思想——理想化模型：单摆在偏角很小(不大于5°)时的运动，可以看成__简谐__运动

2、。-9-/9优选2．实验原理：由单摆的周期公式T＝2π，可得g＝____，据此通过实验测出摆长l和周期T，即可计算得到当地的重力加速度。3．实验设计——两个物理量的测量方法。(1)单摆长度的测量。用__刻度尺__测量单摆的线长，用__游标卡尺__测量摆球的直径。摆长即摆线静止时从悬点到球心间的距离。(2)单摆周期的测量。测出单摆n次全振动的总时间t，单摆周期为T＝____。课内互动探究细研深究·破疑解难┃┃情境导入__■某同学利用如图所示的装置测量当地的重力加速度。(1)测量周期从什么位置开始计时？(2)采用什么样的方法处理数据较好？提示：(1)小球通过最低位置时(2)图像

3、法┃┃要点提炼__■一、实验步骤：1．做单摆：将线的一端穿过小球的小孔，并打一比孔大的结。然后把线的上端用铁夹固定于铁架台上，在平衡位置处做上标记。-9-/9优选2．测摆长：用毫米刻度尺测出摆线长度l线，用游标卡尺测量出摆球的直径d，则单摆的摆长l＝l线＋。3．测周期：将单摆从平衡位置拉开一个小于5°的角，然后释放摆球，当单摆振动稳定后，过最低位置时开始用秒表计时，测量N次(一般取30～50次)全振动的时间t，则周期T＝。4．变摆长：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。二、数据收集与分析1．公式法：每改变一次摆长，将相应的l和T代入公式中求出

4、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重力加速度g/(m·s－2)重力加速度g的平均值/(m·s－2)123g＝2．图像法：由T＝2π得T2＝l，作出T2－l图像，即以T2为纵轴，以l为横轴。其斜率k＝，由图像的斜率即可求出重力加速度g。三、误差分析1．实验原理不完善造成系统误差：公式T＝2π-9-/9优选是在小偏角下对于单摆的理想模型总结出来的，存在系统误差。2．测量、操作不够准确造成偶然误差：(1)摆长的测量存在误差。(2)测n次全振动的时间t存在误差。(3)作图存在误差。考点一　实验原理及操作┃┃典例剖析__■典例1(2021·人大

5、附中高二检测)某实验小组的同学做“用单摆测定重力加速度”的实验。(1)实验时除用到秒表、刻度尺外，还应该用到下列器材中的__AC__。A．长约1m的细线B．长约1m的橡皮绳C．直径约1cm的均匀铁球D．直径约10cm的均匀木球(2)选择好器材后，将符合实验要求的单摆悬挂在铁架台上，应采用图中__乙__(选填“甲”或“乙”)所示的固定方式。(3)将单摆正确悬挂后进行如下操作，其中正确的是__BC__。A．测出摆线长作为单摆的摆长B．把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度由静止释放，使之做简谐运动C．在摆球经过平衡位置时开始计时D．用秒表测量单摆完成1次全振动所用时间并作为单摆的周

6、期(4)用L表示单摆的摆长，用T表示单摆的周期，则计算重力加速度的表达式为g＝__L__。-9-/9优选思路引导：单摆测定重力加速度的原理为g＝，还要知道：摆角很小的情况下单摆的振动才是简谐运动；摆长等于摆线的长度加上摆球的半径，为减小误差应保证单摆在摆动的过程中，摆长不能发生变化。在最低点，单摆振动速度最快，开始计时误差较小。解析：(1)A对，B错：实验过程中单摆摆长应保持不变，应选择长约1m的细线作为摆线，摆线不能选择有弹性的橡皮绳。C对，D错：为减小实验误差，应选择密度大而体积小的球作为摆球，应选择直径约1cm的均匀铁球作为摆球，不要选用直径约10cm的均匀木球。(2

7、)在该实验的过程中，悬点要固定，应采用图乙中所示的固定方式。(3)A错：摆线长度与摆球半径之和是单摆的摆长。B对：单摆在小角度下的运动为简谐运动，应把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度释放，使之做简谐运动。C对：为减小测量误差，应在摆球经过平衡位置时开始计时。D错：为减小测量误差，应测出n个周期的总时间t，然后求出周期：T＝，用单摆完成1次全振动所用时间并作为单摆的周期实验误差较大。(4)由T＝2π，得g＝L。┃┃对点训练__■1．根据单摆周期公式T＝2π，可以通过实验测量当地的重力加速度。如图1所示，将细线的上端固