人教版 (2019)選擇性必修 第一冊(cè)5 實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)量重力加速度精品課件ppt

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實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)量重力加速度
第5章 第5節(jié)
人教版高中物理選擇性必修1
板書(shū)設(shè)計(jì)
作業(yè)布置
拓展提高
課堂總結(jié)
了解地球表面重力加速度的分布，對(duì)地球物理學(xué)、航空航天技術(shù)及大地測(cè)量等領(lǐng)域有十分重要的意義。為此,就需要了解測(cè)量重力加速度的方法。
如何測(cè)量重力加速度呢？
新知導(dǎo)入
1、物體可以看做單擺的條件？
懸點(diǎn)：
不可伸縮，質(zhì)量不計(jì)，長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于小球直徑
固定
細(xì)線：
擺球：
體積小，質(zhì)量大
擺角：
小于5°
新知講解
得
只要測(cè)出單擺的擺長(zhǎng)L和振動(dòng)周期T，就可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的值。
單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，其周期為：
2、利用單擺測(cè)重力加速度的原理是什么？
新知講解
3、其中涉及到的擺長(zhǎng)L和周期T怎么測(cè)量？
（1）測(cè)擺長(zhǎng)：
用米尺量出懸線長(zhǎng)L，精確到毫米
用游標(biāo)卡尺測(cè)擺球直徑，算出半徑r，也準(zhǔn)確到毫米
擺長(zhǎng)為L(zhǎng)+r
（2）測(cè)周期：
把單擺從平衡位置拉開(kāi)一個(gè)角度（＜5°）釋放，用秒表測(cè)量單擺的周期。
思考：①怎樣才能減小測(cè)量L和T的誤差？ ②為了測(cè)量周期，擺球到達(dá)哪個(gè)位置的時(shí)刻作為計(jì)時(shí)開(kāi)始與停止的時(shí)刻比較好？
新知講解
用秒表測(cè)量單擺完成30次全振動(dòng)（或50次）所用的時(shí)間t，求出完成一次全振動(dòng)所需要的時(shí)間，這個(gè)平均時(shí)間就是單擺的周期。
T= t / n
應(yīng)以擺球經(jīng)平衡位置計(jì)時(shí)開(kāi)始與停止時(shí)刻
若經(jīng)過(guò)平衡位置的次數(shù)為n次，周期應(yīng)為多少？
新知講解
4、請(qǐng)簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟？
（1）做單擺：讓細(xì)線的一端穿過(guò)擺球的小孔，然后打一個(gè)比孔大的線結(jié)，制成一個(gè)單擺.
（2）測(cè)擺長(zhǎng)：擺長(zhǎng)為l=l線+d/2
（3）測(cè)周期：應(yīng)以擺球經(jīng)平衡位置計(jì)時(shí)開(kāi)始與停止時(shí)刻
（4）數(shù)據(jù)處理
（5）重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)。
新知講解
實(shí)驗(yàn)步驟
（1）做單擺：取約1米長(zhǎng)的線繩栓位小鋼球，然后固定在桌邊的鐵架臺(tái)上。
×
新知講解
（2）測(cè)擺長(zhǎng)：
擺長(zhǎng)為L(zhǎng)+r
新知講解
（3）測(cè)周期：把單擺從平衡位置拉開(kāi)一個(gè)角度（＜5o）放開(kāi)它。用秒表測(cè)量單擺的周期。以擺球經(jīng)平衡位置計(jì)時(shí)開(kāi)始與停止時(shí)刻。
新知講解
（4）數(shù)據(jù)處理
①平均值法：每改變一次擺長(zhǎng)，將相應(yīng)的l和T代入公式中求出g值，最后求出g的平均值.如下表處理數(shù)據(jù)：
新知講解
②圖像法：由 得 作出T2-l圖像，即以T2為縱軸,以l為橫軸.其斜率 由圖像可計(jì)算出斜率，可求出重力加速度
新知講解
5、分組完成實(shí)驗(yàn)
新知講解
6、誤差分析
1、本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差主要來(lái)源于單擺模型本身是否符合要求,即懸點(diǎn)是否固定;是單擺還是復(fù)擺;球、線是否符合要求;振動(dòng)是圓錐擺還是同一豎直平面內(nèi)振動(dòng)以及測(cè)量哪段長(zhǎng)度作為擺長(zhǎng)等。2、本實(shí)驗(yàn)偶然誤差主要來(lái)自時(shí)間(即單擺周期)的測(cè)量上。因此要注意測(cè)準(zhǔn)時(shí)間(周期),要從擺球通過(guò)平衡位置開(kāi)始計(jì)時(shí),不能多記或漏記振動(dòng)次數(shù)。為了減小偶然誤差,應(yīng)進(jìn)行多次測(cè)量后取平均值。提高實(shí)驗(yàn)精度從兩個(gè)方面入手：(1)盡可能準(zhǔn)確地測(cè)量出擺長(zhǎng)和周期；(2)多次改變擺長(zhǎng),重做實(shí)驗(yàn)得到多組數(shù)據(jù),并用圖像法處理數(shù)據(jù)。
新知講解
①選擇材料時(shí)應(yīng)選擇細(xì)輕又不易伸長(zhǎng)的線，長(zhǎng)度一般在1m左右，小球應(yīng)選用密度較大的金屬球，直徑應(yīng)較小，最好不超過(guò)2 cm；
②單擺懸線的上端不可隨意卷在鐵夾的桿上，應(yīng)夾緊在鐵夾中，以免擺動(dòng)時(shí)發(fā)生擺線下滑或懸點(diǎn)不固定，擺長(zhǎng)改變的現(xiàn)象；
③注意擺動(dòng)時(shí)擺角不易過(guò)大，不能超過(guò)5o，以保證單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；
④擺球擺動(dòng)時(shí)，要使之保持在同一個(gè)豎直平面內(nèi)，不要形成圓錐擺；
⑤測(cè)量從球通過(guò)平衡位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，因?yàn)樵诖宋恢脭[球速度最大，易于分辨小球過(guò)此位置的時(shí)刻。
⑥為了減少偶然誤差改變擺長(zhǎng)，多次測(cè)量求平均值 。
7、本實(shí)驗(yàn)有哪些注意事項(xiàng)？
新知講解
1、(1)物理課外小組研究“用單擺測(cè)重力加速度”實(shí)驗(yàn),他們依照教材實(shí)驗(yàn)直接測(cè)量的物理量應(yīng)為　　　　、　　　　、　　　　,其公式為　　　　。?(2)他們測(cè)出不同的擺長(zhǎng)(l)所對(duì)應(yīng)的周期(T),在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí):①如果甲同學(xué)以擺長(zhǎng)(l)為橫坐標(biāo)、周期(T)的二次方為縱坐標(biāo)作出了T2-l圖像,若他測(cè)得的圖像的斜率為k,則測(cè)得的重力加速度g=　　　　。若甲同學(xué)測(cè)擺長(zhǎng)時(shí),忘記測(cè)擺球的半徑,則他用圖像法求得的重力加速度　　　　(選填“偏小”“偏大”或“準(zhǔn)確”)。②乙同學(xué)根據(jù)公式 : ,并計(jì)算重力加速度,若乙同學(xué)測(cè)擺長(zhǎng)時(shí),也忘記了測(cè)擺球的半徑,則他測(cè)得的重力加速度　　　　(選填“偏小”“偏大”或“準(zhǔn)確”)。?
課堂練習(xí)
(3)甲同學(xué)測(cè)量5種不同擺長(zhǎng)下單擺的振動(dòng)周期,記錄結(jié)果如表所示。以擺長(zhǎng)(l)為橫坐標(biāo)、周期(T)的二次方為縱坐標(biāo),作出T2-l圖像,請(qǐng)你替他在作出T2-l圖像,利用此圖像求出的重力加速度大小為　　　　。?
課堂練習(xí)
課堂練習(xí)
課堂練習(xí)
1.用單擺測(cè)定重力加速度,根據(jù)的原理是(　　)A.由 看出，T一定時(shí)，g與L成正比。B.由 看出，l一定時(shí)，g與T2成反比。C.由于單擺的振動(dòng)周期T和擺長(zhǎng)l可以試驗(yàn)測(cè)定，因此利用 可算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取.同一地區(qū)單擺的周期不變,不同地區(qū)的重力加速度與周期的二次方成反比
C
拓展提高
2.某同學(xué)用實(shí)驗(yàn)的方法探究影響單擺周期的因素。(1)他組裝單擺時(shí),在擺線上端的懸點(diǎn)處,用一塊開(kāi)有狹縫的橡皮夾牢擺線,再用鐵架臺(tái)的鐵夾將橡皮夾緊,如圖所示。這樣做的目的是　　　　(填字母代號(hào))。?A.保證擺動(dòng)過(guò)程中擺長(zhǎng)不變B.可使周期測(cè)量得更加準(zhǔn)確C.需要改變擺長(zhǎng)時(shí)便于調(diào)節(jié)D.保證擺球在同一豎直平面內(nèi)擺動(dòng)
AC
拓展提高
(2)他組裝好單擺后在擺球自然懸垂的情況下,用毫米刻度尺從懸點(diǎn)量到擺球的最低端的長(zhǎng)度l=0.999 0 m,再用游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球直徑,結(jié)果如圖所示,則該擺球的直徑為　　　　 mm,單擺擺長(zhǎng)為　　　　　 m。?
12.0
0.9930
拓展提高
(3)下列振動(dòng)圖像真實(shí)地描述了對(duì)擺長(zhǎng)約為1 m的單擺進(jìn)行周期測(cè)量的四種操作過(guò)程。圖中橫坐標(biāo)原點(diǎn)表示計(jì)時(shí)開(kāi)始,A、B、C均為30次全振動(dòng)的圖像,已知sin 5°=0.087,sin 15°=0.26,這四種操作過(guò)程合乎實(shí)驗(yàn)要求且誤差最小的是　　　　(填字母代號(hào))。?
A
解析:(1)用一塊開(kāi)有狹縫的橡皮夾牢擺線的目的是保證擺動(dòng)過(guò)程中擺長(zhǎng)不變,需要改變擺長(zhǎng)時(shí)便于調(diào)節(jié),選項(xiàng)A、C正確。(2)根據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則,擺球直徑為12.0 mm,單擺擺長(zhǎng)為L(zhǎng)-d/2 =0.999 0 m-0.006 0 m=0.993 0 m。(3)單擺測(cè)量周期,必須從平衡位置開(kāi)始計(jì)時(shí),且擺角小于5°,所以合乎實(shí)驗(yàn)要求且誤差最小的是A。答案:(1)A C　 (2)12.0　0.993 0　(3)A
拓展提高
3.下表是用單擺測(cè)定重力加速度實(shí)驗(yàn)中獲得的有關(guān)數(shù)據(jù):(1)利用上述數(shù)據(jù),作出l-T2圖像。(2)利用圖像,取T2=4.2 s2時(shí),l=　　　　 m,重力加速度g= m/s2。?
1.05
9.86
拓展提高
解析:(1)l-T2圖像如圖中直線所示。(2)T2=4.2 s2時(shí),從圖中畫的直線上可讀出其擺長(zhǎng)l=1.05 m,圖像斜率答案:(1)見(jiàn)解析圖(2)1.05　9.86
拓展提高
單擺測(cè)重力加速度
原理
數(shù)據(jù)處理
平均值法：多次求g，取平均值
圖像法：T2-L的斜率
課堂總結(jié)
單擺測(cè)重力加速度
原理
數(shù)據(jù)處理
平均值法：多次求g，取平均值
圖像法：T2-L的斜率
板書(shū)設(shè)計(jì)
課后練習(xí)和同步練習(xí)
作業(yè)布置
課程結(jié)束
人教版高中物理選擇性必修1