高三物理复习第十二章机械振动和机械波实验省公开课一等奖新课获奖课件

试验一探究单摆运动用单摆测定重力加速度1/29基础自主梳理一、试验目标用单摆测定重力加速度．二、试验原理单摆在摆角很小(小于5°)时，其摆动能够看做简谐运动，其振动周期T＝2π，其中l为摆长，g为当地重力加速度，由此可得，据此，只要测出摆长l和周期T，就可计算出当地重力加速度g数值．三、试验器材铁架台、中心有小孔金属小球、长约1m细线、秒表、刻度尺、游标卡尺．2/29基础自主梳理四、试验步骤1．让线一端穿过金属球小孔，然后打一个线结，做成单摆．2．把线上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在试验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自由下垂，在单摆平衡位置处作上标识，如图所表示．3/293．用刻度尺量出摆线长度l′，准确到毫米，用游标卡尺测出摆球直径d，即得出小球半径为d/2，计算出摆长l＝l’＋d/2.

4．把单摆从平衡位置处拉开一个很小角度(不超出5°)，然后放开小球，让小球摆动，待摆动平稳后测出单摆完成N(普通为30～50)次全振动所用时间t，计算出小球完成1次全振动所用时间，这个时间就是单摆振动周期，即T＝t/N(N为全振动次数)，重复测3次，再算出周期T平均值．4/29基础自主梳理

5．依据单摆振动周期公式T＝2π，计算出当地重力加速度

6．改变摆长，重做几次试验，计算出每次试验重力加速度值，求出它们平均值，即为当地重力加速度值．5/29基础自主梳理五、注意事项1．为减小计时误差，开始计时位置应选在平衡位置．2．要测屡次全振动时间来计算周期，如在摆球过平衡位置时开启秒表同时数零，以后摆球每过一次平衡位置记一个数．最终秒表计时为t，记数为n，则周期3．组成单摆条件：细线质量要小，弹性要小；要选取体积小、密度大小球，摆角不能超出5°.4．摆长是悬点到球心距离，即摆线长加上小球半径，为使摆长测量准确，能够用刻度尺进行如图所表示测量，利用l＝(l1+l2)/2求得摆长．摆线上端要固定好，以免摆动过程中摆长发生改变．6/29精典考题例析例1某同学用试验方法探究影响单摆周期原因．(1)(多项选择)他组装单摆时，在摆线上端悬点处，用一块开有狭缝橡皮夹牢摆线，再用铁架台铁夹将橡皮夹紧，如图所表示．这么做目标是______(填字母代号)．A．确保摆动过程中摆长不变B．可使周期测量得愈加准确C．需要改变摆长时便于调整D．确保摆球在同一竖直平面内摆动7/29精典考题例析(2)他组装好单摆后在摆球自然悬垂情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球最低端长度L＝0.9990m，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图所表示，则该摆球直径为______mm，单摆摆长为______m.8/29(3)以下振动图象真实地描述了对摆长约为1m单摆进行周期测量四种操作过程，图中横坐标原点表示计时开始，A、B、C均为30次全振动图象，已知sin5°＝0.087，sin15°＝0.26，这四种操作过程合乎试验要求且误差最小是______(填字母代号)．9/29解析：(1)橡皮作用是使摆线摆动过程中悬点位置不变，从而确保摆长不变，同时又便于调整摆长，A、C两项正确；(2)依据游标卡尺读数规则可得摆球直径为d＝12mm＋0.1mm×0＝12.0mm，则单摆摆长为L0＝L－d/2＝0.9930m(注意统一单位)；(3)单摆摆角不超出5°，且计时位置应从最低点(即速度最大位置)开始，故A项操作符合要求．答案：(1)AC(2)12.00.9930(3)A10/29精典考题例析1．石岩同学利用单摆测重力加速度，他用分度值为毫米直尺测得摆线长为89.4cm，用游标卡尺测得摆球直径如图甲所表示，读数为________．则该单摆摆长为________cm.用停表统计单做30次全振动所用时间如图乙所表示，则停表读数为________s，假如测得g值偏大，可能原因是______(多项选择)(填序号).甲11/29A．计算摆长时用是摆球直径B．开始计时时，停表晚按下C．摆线上端未牢靠系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加D．试验中误将30次全振动记为31次12/29解析：由题图甲可知游标卡尺读数为D＝2cm＋0.050cm＝2.050cm；摆长为L＝l＋D/2＝89.40cm＋1.025cm＝90.425cm；停表读数为57.0s；因，假如测得g值偏大，可能是因为l′、n偏大、t偏小，A、B、D三项正确．答案：2.050cm90.42557.0ABD13/29精典考题例析例2(·北京卷)用单摆测定重力加速度试验装置如图1所表示．(1)(多项选择)组装单摆时，应在以下器材中选取________(填选项前字母)．A．长度为1m左右细线B．长度为30cm左右细线C．直径为1.8cm塑料球D．直径为1.8cm铁球14/29精典考题例析(2)测出悬点O到小球球心距离(摆长)L及单摆完成n次全振动所用时间t，则重力加速度g＝________(用L、n、t表示)．(3)下表是某同学统计3组试验数据，并做了部分计算处理.组次123摆长L/cm80.0090.00100.0050次全振动时间t/s90.095.5100.5振动周期T/s1.801.91

重力加速度g/(m·s－2)9.749.73

请计算出第3组试验中T＝______s，g＝______m/s2.15/29(4)用多组试验数据做出T2L图像，也能够求出重力加速度g.已知三位同学做出T2L图线示意图如图2中a、b、c所表示，其中a和b平行，b和c都过原点，图线b对应g值最靠近当地重力加速度值．则相对于图线b，以下分析正确是________(填选项前字母)．A．出现图线a原因可能是误将悬点到小球下端距离记为摆长LB．出现图线c原因可能是误将49次全振动记为50次C．图线c对应g值小于回线b对应g值16/29精典考题例析(5)某同学在家里测重力加速度．他找到细线和铁锁，制成一个单摆，如图3所表示．因为家里只有一根量程为30cm刻度尺，于是他在细线上A点做了一个标识，使得悬点O到A点间细线长度小于刻度尺量程．保持该标识以下细线长度不变，经过改变O、A间细线长度以改变摆长．试验中，当O、A间细线长度分别为l1、l2时，测得对应单摆周期为T1、T2.由此可得重力加速度g＝____________(用l1、l2、T1、T2表示)．17/29解析：(2)周期T＝t/n，由单摆周期公式T＝2π得(3)周期T＝t/n＝2.01s，＝9.76m/s2.(4)a图线在L等于零时也有周期，说明测摆长时漏加了小球半径，而A选项认为是多加了一个小球半径，故A错；图线斜率表示，可知c图线测得g比b图线大，故C错；由可知，造成g偏大原因可能是n记多了．(5)设A点到铁锁重心处距离为L，由单摆周期公式可得T1＝2π

两式联立消去L，得答案：(1)AD(2)(3)2.019.76(4)B(5)18/29精典考题例析2．依据单摆周期公式T＝2π，能够经过试验测量当地重力加速度．如图甲所表示，将细线上端固定在铁架台上，下端系一小钢球，就做成了单摆．(1)用游标卡尺测量小钢球直径，读数如图乙所表示，读数为________mm.19/29(2)(多项选择)以下是试验过程中一些做法，其中正确有____．a．摆线要选择细些、伸缩性小些，而且尽可能长一些b．摆球尽可能选择质量大些、体积小些c．为了使摆周期大一些，以方便测量，开始时拉开摆球，使摆线相距平衡位置有较大角度d．拉开摆球，使摆线偏离平衡位置大于5°，在释放摆球同时开始计时，当摆球回到开始位置时停顿计时，此时间隔Δt即为单摆周期Te．拉开摆球，使摆线偏离平衡位置小于5°，释放摆球，当摆球振动稳定后，从平衡位置开始计时，记下摆球做50次全振动全部时间Δt，则单摆周期T＝20/29解析：(1)游标卡尺读数为主尺读数加上游标读数且无需估读，结果为1.8cm＋0.1mm×6＝18.6mm;(2)在做利用单摆测定当地重力加速度试验中摆线应选取伸缩性小且尽可能长一些细线，a正确；为减小阻力影响，摆球应选择质量大些、体积小些，b正确；单摆摆角应小于5°，c错误；待单摆振动稳定后，应从平衡位置开始计时，且为减小误差需测量30～50次全振动时间Δt，取平均值周期为T＝，d错误，e正确．答案：(1)18.6(2)abe21/29速效提升训练1．用单摆测定重力加速度时，以下做法正确是()A．单摆摆动时，要确保单摆自始至终在同一竖直面内B．测量单摆摆动周期时，应从单摆摆动最大位移处开始计时C．为了试验方便，便于改变摆长，可将摆线绕在水平放置圆杆上D．单摆摆角大小不影响试验结果解析：单摆摆动时，要一直在同一平面内，不能形成锥形摆，A项正确．统计摆动次数，应以平衡位置为准，B项错．假如将摆线绕在水平放置圆杆上，则摆球悬点不固定，造成摆长l不确定，C项错．只有当摆角很小(小于5°)时，单摆才做简谐运动，D项错．答案：A

22/29速效提升训练2．(多项选择)在做“用单摆测定重力加速度”试验中，有些人提出以下几点提议：A．适当加长摆线B．质量相同、体积不一样摆球，应选取体积较大C．单摆偏离平衡位置角度不能太大D．当单摆经过平衡位置时开始计时，经过一次全振动后停顿计时，用此时间间隔作为单摆振动周期其中对提升测量结果准确度有利是______．23/29解析：单摆试验准确度取决于试验装置理想化程度及相关物理量测量精度．适当加大摆线长度，有利于把摆球看成质点，在摆角小于5°条件下，摆球空间位置改变较大，便于观察，A项对；摆球体积越大，所受空气阻力越大，对质量相同摆球影响越大，B项错；摆角应小于5°，C项对；本试验采取累积法测量周期，若仅测量一次全振动，因为球过平衡位置时速度较大，难以准确统计，且一次全振动时间太短，偶然误差较大，D项错．答案：AC24/29速效提升训练3．如图a所表示，细线上端固定在铁架台上，下端系一个小钢球，做成一个单摆，测量摆长l和摆周期T，得到一组数据．改变摆长，再得到几组数据．从中能够找出周期与摆长关系．试验过程有两组同学分别用了图b、c两种不一样方式悬挂小钢球，你认为____(填“b”或“c”)悬挂方式很好．图d是某组同学依据试验数据画出T2l图线，经过图线得到振动周期T与摆长l关系式是________.25/29速效提升训练解析：为了保持单摆摆长不变，要固定悬点，所以悬挂方式选c；因为T2l图线是一条经过原点直线，则有T2∝l，即T∝，求出直线斜率，则可得到振动周期T与摆长l关系T＝2.答案：cT∝(或T＝2)26/29速效提升训练4．(·天津卷)某同学利用单摆测量重力加速度．①(多项选择)为了使测量误差尽可能小，以下说法正确是____．A．组装单摆须选取密度和直径都较小摆球B．组装单摆须选取轻且不易伸长细线C．试验时须使摆