實(shí)驗(yàn)十二探究單擺的運(yùn)動(dòng)

1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康挠脝螖[測(cè)定重力加速度用單擺測(cè)定重力加速度三、實(shí)驗(yàn)器材三、實(shí)驗(yàn)器材長(zhǎng)約長(zhǎng)約1 m的細(xì)線(xiàn)、帶有小孔的稍重的細(xì)線(xiàn)、帶有小孔的稍重的金屬球、帶有鐵夾的鐵架臺(tái)、毫米的金屬球、帶有鐵夾的鐵架臺(tái)、毫米刻度尺、秒表、游標(biāo)卡尺刻度尺、秒表、游標(biāo)卡尺四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟1做單擺做單擺取約取約1 m長(zhǎng)的細(xì)絲線(xiàn)穿過(guò)帶孔的小長(zhǎng)的細(xì)絲線(xiàn)穿過(guò)帶孔的小鋼球，并打一個(gè)比小孔大一些的結(jié)，鋼球，并打一個(gè)比小孔大一些的結(jié)，然后把線(xiàn)的另一端用鐵夾固定在鐵架然后把線(xiàn)的另一端用鐵夾固定在鐵架臺(tái)上，并把鐵架臺(tái)放在實(shí)驗(yàn)桌邊，使臺(tái)上，并把鐵架臺(tái)放在實(shí)驗(yàn)桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，讓擺球自然下鐵夾伸到桌面以外，讓擺球自然

2、下垂垂3測(cè)周期測(cè)周期將單擺從平衡位置拉開(kāi)一個(gè)角度將單擺從平衡位置拉開(kāi)一個(gè)角度(小于小于10)，然后釋放小球，記下單擺，然后釋放小球，記下單擺擺動(dòng)擺動(dòng)30次次50次的總時(shí)間，算出平均次的總時(shí)間，算出平均每擺動(dòng)一次的時(shí)間，即為單擺的振動(dòng)每擺動(dòng)一次的時(shí)間，即為單擺的振動(dòng)周期反復(fù)測(cè)量三次，再算出測(cè)得周周期反復(fù)測(cè)量三次，再算出測(cè)得周期數(shù)值的平均值期數(shù)值的平均值4改變擺長(zhǎng)，重做幾次實(shí)驗(yàn)改變擺長(zhǎng)，重做幾次實(shí)驗(yàn)圖圖11113 31 16分析與比較分析與比較將測(cè)得的重力加速度的值與當(dāng)?shù)貙y(cè)得的重力加速度的值與當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣缺容^，分析誤差產(chǎn)生的的重力加速度比較，分析誤差產(chǎn)生的原因原因五、實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的事項(xiàng)五、實(shí)

3、驗(yàn)中應(yīng)注意的事項(xiàng)1測(cè)周期的方法測(cè)周期的方法(1)開(kāi)始計(jì)時(shí)位置：平衡位置，此開(kāi)始計(jì)時(shí)位置：平衡位置，此處的速度大，參考位置易確定，最高處的速度大，參考位置易確定，最高點(diǎn)位置不確定，速度小，誤差大點(diǎn)位置不確定，速度小，誤差大2選材料時(shí)應(yīng)選擇細(xì)、輕又不易選材料時(shí)應(yīng)選擇細(xì)、輕又不易伸長(zhǎng)的線(xiàn)，長(zhǎng)度一般在伸長(zhǎng)的線(xiàn)，長(zhǎng)度一般在1 m左右，小球左右，小球應(yīng)選用密度較大的金屬球，直徑應(yīng)較應(yīng)選用密度較大的金屬球，直徑應(yīng)較小，最好不超過(guò)小，最好不超過(guò)2 cm.3單擺擺線(xiàn)的上端不可隨意繞在單擺擺線(xiàn)的上端不可隨意繞在鐵夾的桿上，應(yīng)夾緊在鐵夾中，以免鐵夾的桿上，應(yīng)夾緊在鐵夾中，以免擺球擺動(dòng)時(shí)發(fā)生擺線(xiàn)下滑、擺長(zhǎng)改變擺球擺動(dòng)

4、時(shí)發(fā)生擺線(xiàn)下滑、擺長(zhǎng)改變的現(xiàn)象的現(xiàn)象4注意控制單擺擺動(dòng)時(shí)擺線(xiàn)與豎注意控制單擺擺動(dòng)時(shí)擺線(xiàn)與豎直方向的夾角不超過(guò)直方向的夾角不超過(guò)10，且擺動(dòng)，且擺動(dòng)時(shí)，要使之保持在同一個(gè)豎直平面時(shí)，要使之保持在同一個(gè)豎直平面內(nèi)，不要形成圓錐擺內(nèi)，不要形成圓錐擺圖圖11113 32 2六、實(shí)驗(yàn)誤差的來(lái)源及分析六、實(shí)驗(yàn)誤差的來(lái)源及分析1本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差主要來(lái)源于單本實(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)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(xiàn)是否固定，是單擺還是復(fù)擺，球、線(xiàn)是否符合要求，振動(dòng)是圓錐擺還是在是否符合要求，振動(dòng)是圓錐擺還是在同一豎直平面內(nèi)振動(dòng)以及測(cè)量哪段長(zhǎng)同一豎直

5、平面內(nèi)振動(dòng)以及測(cè)量哪段長(zhǎng)度作為擺長(zhǎng)等等只要注意了上述這度作為擺長(zhǎng)等等只要注意了上述這些方面，就可以使系統(tǒng)誤差減小到遠(yuǎn)些方面，就可以使系統(tǒng)誤差減小到遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于偶然誤差而可忽略不計(jì)的程遠(yuǎn)小于偶然誤差而可忽略不計(jì)的程度度2本實(shí)驗(yàn)偶然誤差主要來(lái)自時(shí)間本實(shí)驗(yàn)偶然誤差主要來(lái)自時(shí)間(即單擺周期即單擺周期)的測(cè)量上，因此要注意測(cè)的測(cè)量上，因此要注意測(cè)準(zhǔn)時(shí)間準(zhǔn)時(shí)間(周期周期)，要從擺球通過(guò)平衡位置，要從擺球通過(guò)平衡位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，并采用倒數(shù)計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)的方開(kāi)始計(jì)時(shí)，并采用倒數(shù)計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)的方法，不能多記或漏記振動(dòng)次數(shù)為了法，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)量后取減小偶然誤差，應(yīng)進(jìn)行多次測(cè)量后取平均值平均

6、值七、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)七、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)將單擺改為雙線(xiàn)擺如圖將單擺改為雙線(xiàn)擺如圖1133所示，以防止單擺在擺動(dòng)過(guò)程中形成所示，以防止單擺在擺動(dòng)過(guò)程中形成圓錐擺圓錐擺圖圖11113 33 3題型一題型一 游標(biāo)卡尺的讀數(shù)及游標(biāo)卡尺的讀數(shù)及g的求法的求法例例1在在“用單擺測(cè)定重力加速度用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)中中圖圖11113 34 4(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)用實(shí)驗(yàn)時(shí)用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球直徑，示數(shù)如圖量擺球直徑，示數(shù)如圖1134甲所甲所示，該擺球的直徑示，該擺球的直徑d_mm.(2)接著測(cè)量了擺線(xiàn)的長(zhǎng)度為接著測(cè)量了擺線(xiàn)的長(zhǎng)度為l0，實(shí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)用拉力傳感器測(cè)得擺線(xiàn)的拉力驗(yàn)時(shí)用拉力傳感器測(cè)得擺線(xiàn)

7、的拉力F隨隨時(shí)間時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示，則重力變化的圖象如圖乙所示，則重力加速度的表達(dá)式為加速度的表達(dá)式為g_(用題目用題目中的物理量表示中的物理量表示)【解析解析】(1)從游標(biāo)卡尺上讀出從游標(biāo)卡尺上讀出擺球直徑擺球直徑d14.15 mm題型二題型二 對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的考查對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的考查例例2在在“用單擺測(cè)定重力加速度用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)的實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)中，(1)測(cè)擺長(zhǎng)時(shí)，若正確測(cè)出懸線(xiàn)長(zhǎng)測(cè)擺長(zhǎng)時(shí)，若正確測(cè)出懸線(xiàn)長(zhǎng)l和擺球直徑和擺球直徑d，則擺長(zhǎng)為，則擺長(zhǎng)為_(kāi)；(2)測(cè)周期時(shí)，當(dāng)擺球經(jīng)過(guò)測(cè)周期時(shí)，當(dāng)擺球經(jīng)過(guò)_位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)并計(jì)數(shù)位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)并計(jì)數(shù)1次，測(cè)出經(jīng)過(guò)次，測(cè)出經(jīng)過(guò)該位置該位置N次次

8、(約約60100次次)的時(shí)間為的時(shí)間為t，則，則周期為周期為_(kāi)此外，請(qǐng)你從下列器材中選用所此外，請(qǐng)你從下列器材中選用所需器材，再設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，粗略測(cè)出需器材，再設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，粗略測(cè)出重力加速度重力加速度g，并參照示例填寫(xiě)下表，并參照示例填寫(xiě)下表(示示例的方法不能再用例的方法不能再用)A天平天平B刻度尺刻度尺C彈簧彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)力計(jì)D電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器E帶夾子的重錘帶夾子的重錘F紙帶紙帶G導(dǎo)線(xiàn)若干導(dǎo)線(xiàn)若干H鐵架臺(tái)鐵架臺(tái)I低壓交流電源低壓交流電源J低壓直流低壓直流電源電源K小車(chē)小車(chē)L螺旋測(cè)微器螺旋測(cè)微器M斜面斜面(高度可調(diào)，粗糙程度均高度可調(diào)，粗糙程度均勻勻).所選器材所選器材(只填器材序

9、號(hào)只填器材序號(hào))簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)方法(不不要求寫(xiě)出具體步要求寫(xiě)出具體步驟驟)示例示例B、D、E、F、G、H、I安裝儀器，接通安裝儀器，接通電源，讓紙帶隨電源，讓紙帶隨重錘豎直下重錘豎直下落用刻度尺測(cè)落用刻度尺測(cè)出所需數(shù)據(jù)，處出所需數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)理數(shù)據(jù)，得出結(jié)果果實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)【解析解析】本題考查用單擺測(cè)定本題考查用單擺測(cè)定重力加速度的原理，擺長(zhǎng)和周期的測(cè)重力加速度的原理，擺長(zhǎng)和周期的測(cè)定、儀器的選取、方法步驟等定、儀器的選取、方法步驟等所選器材所選器材(只填只填器材序號(hào)器材序號(hào))簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)方法(不要不要求寫(xiě)出具體步驟求寫(xiě)出具體步驟)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一設(shè)計(jì)一A、C、E用彈簧測(cè)

10、力計(jì)稱(chēng)出帶夾子用彈簧測(cè)力計(jì)稱(chēng)出帶夾子重錘的重力大小重錘的重力大小G，再用，再用天平測(cè)出其質(zhì)量天平測(cè)出其質(zhì)量m，則，則gG/m實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)二設(shè)計(jì)二B、D、F、G、I、K、M安裝儀器，接通電源，讓安裝儀器，接通電源，讓紙帶隨小車(chē)一起沿斜面下紙帶隨小車(chē)一起沿斜面下滑用刻度尺測(cè)出所需數(shù)滑用刻度尺測(cè)出所需數(shù)據(jù)改變斜面高度再測(cè)一據(jù)改變斜面高度再測(cè)一次利用兩次數(shù)據(jù)，由牛次利用兩次數(shù)據(jù)，由牛頓第二定律算出結(jié)果頓第二定律算出結(jié)果題型三題型三 數(shù)據(jù)處理和誤差分析數(shù)據(jù)處理和誤差分析例例3(2008年高考天津年高考天津卷卷)某同學(xué)利用單擺測(cè)某同學(xué)利用單擺測(cè)定當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，定?dāng)?shù)刂亓铀俣?，發(fā)現(xiàn)單擺靜止時(shí)擺球發(fā)現(xiàn)單擺靜止時(shí)擺球重心在球心的正下重心在球心的正下方，他仍將從懸點(diǎn)到方，他仍將從懸點(diǎn)到球心的距離當(dāng)作擺長(zhǎng)球心的距離當(dāng)作擺長(zhǎng)圖圖11113 35 5L，通過(guò)改變擺線(xiàn)的長(zhǎng)度，測(cè)得，通過(guò)改變擺線(xiàn)的長(zhǎng)度，測(cè)得6組組L和和對(duì)應(yīng)的周期對(duì)應(yīng)的周期T，畫(huà)出，畫(huà)出LT2圖線(xiàn)，然后圖線(xiàn)，然后在圖線(xiàn)上選取在圖線(xiàn)上選取A、B兩個(gè)點(diǎn)，坐標(biāo)如圖兩個(gè)點(diǎn)，坐標(biāo)如圖1135所示他采用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處所示他采用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法，則計(jì)算重力加速度的表達(dá)式理方法，則計(jì)算重力加速度的表達(dá)式應(yīng)為應(yīng)為g_.請(qǐng)你判斷該同學(xué)得到請(qǐng)你判斷該同學(xué)得到