高中物理复摆法测重力加速度学案新人教版必修1

1、复摆法测重力加速度一实验目的1. 了解复摆的物理特性，用复摆测定重力加速度，2. 学会用作图法研究问题及处理数据。二实验原理复摆实验通常用于研究周期与摆轴位置的关系，并测定重力加速度。复摆是一刚体绕固定水平轴在重力作用下作微小摆动的动力运动体系。如图1, 刚体绕固定轴 O在竖直平面内作左右摆动， G是该物体的质心， 与轴 O的距离为 h ， 为其摆动角度。若规定右转角为正，此时刚体所受力矩与角位移方向相反，则有Mmgh sin ，(1)又据转动定律，该复摆又有MI，（2）(I 为该物体转动惯量 )由（ 1）和（ 2）可得2 sin，（3）其中2mgh 。若 很小时（ 在 5°以内）近

2、似有I2，（4）此方程说明该复摆在小角度下作简谐振动，该复摆振动周期为T2I，（5）mgh设 I G 为转轴过质心且与 O轴平行时的转动惯量，那么根据平行轴定律可知II Gmh 2，（6）代入上式得T2I Gmh2，（7）mgh设（ 6）式中的 IGmk 2 ，代入（ ）式，得7T 2mk2mh22k 2h2， （8）mghghk 为复摆对 G（质心）轴的回转半径,h 为质心到转轴的距离。对 (8 ）式平方则有T 2h4 2k 24 2h2 ，（9）gg设 y T 2 h, x h2 ，则（ 9）式改写成y4 2k 24 2x ，（10）gg（ 10）式为直线方程，实验中 ( 实验前摆锤 A

3、和 B 已经取下 )测出 n 组 (x,y) 值，用作图法求直线的截距 A 和斜率 B，由于 A4 2k 2 , B42，所以ggg4 2, kAgA ,（11）B42B由（ 11）式可求得重力加速度g 和回转半径 k。三实验所用仪器复摆装置、秒表。用心爱心专心2四实验内容1. 将复摆悬挂于支架刀口上 , 调节复摆底座的两个旋钮，使复摆与立柱对正且平行 , 以使圆孔上沿能与支架上的刀口密合。2. 轻轻启动复摆 , 测摆 30 个周期的时间 . 共测六个悬挂点 , 依次是 :6cm 8cm 10cm 12cm 14cm 16cm 处。每个点连测两次，再测时不需重启复摆。3. 启动复摆测量时 ,摆

4、角不能过大（ < ） , 摆幅约为立柱的宽度。复摆每次改变高度悬挂时 , 圆孔必须套在刀口的相同位置上。五实验数据处理1. 由 yT 2 h,xh2 , 分别计算出各个x 和 y 值, 填入数据表格。2.以 x 为横坐标， y 为纵坐标，用坐标纸绘制xy 直线图。3. 用作图法求出直线的截距 A 和斜率 B。4. 由公式 : g4 2, kAgA , 计算出重力加速度 g 和回转半径 k。B4 2B实验数据表格规范及参考数据h (cm)8101214166T30 (s)T30' (s)_T 30 (s)T (s)X (h2 )Y(T 2h)用心爱心专心3画 xy 直线图 :要用规范的坐标纸描绘。5.也可用最小二乘法求直线的截距A 和斜率 B，再计算出 g 和 k。_用最小二乘法处理数据 :x. yx y_B_ 2_A yB.xxx26. 重力加速度 : g 9.781m s2 ,将测量结果与此值比较 ,计算相对误差。六实验操作注意事项1. 复摆启动后只能摆动 , 不能扭动。如发现扭动 , 必须重新启动。2. 测量中 ,复摆摆角不宜超过 5 度 , 要尽量使每次摆动的幅度相近。3. 实验结束时 , 将复摆从支架上取下 , 放到桌面上。七思考题（ 1）设想在复摆的某一位置上加一配重时，其振动周期将如何变化（增大、缩短、不变）？答：不确定