1.(1)在“用单摆测定重力加速度”的实验中,①测摆长时,若正确测出悬线长l和摆球直径d,则摆长为 ;②测周期时,当摆球经过 位置时开始计时并计数l次,测出经过该位置N次(约60~100次)的时间为t,则周期为 。
此外,请你从下列器材中选用所需器材,再设计一个实验,粗略测出重力加速度g,并参照示例填写下表(示例的方法不能再用)。
A.天平;B.刻度尺;C.弹簧秤;D.电磁打点计时器;E.带夹子的重锤;
F.纸带;G.导线若干;H.铁架台;I.低压交流电源;J.低压直流电源;
K.小车;L.螺旋测微器;M.斜面(高度可调,粗糙程度均匀)。
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所选器材(只填器材序号) |
简述实验方法(不要求写出具体步骤) |
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示例 |
B、D、E、F、G、H、I |
安装仪器,接通电源,让纸带随重锤竖直下落。用刻度尺测出所需数据,处理数据,得出结果。 |
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实验设计 |
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(五)、实验数据的处理
1、代数法处理实验数据
(1)把实验获得的数据列表中的每组l-T数据分别代入
,得到多个g值,然后再取平均。
(2)不要先对列表中的多组数据分别取l和T的平均值,再代入
求结果。
2、图象法处理实验数据
(1)描点法画l-T2图象(或T2-l图象)
① l-T2函数为正比例函数,性质决定了必须描过原点的直线,所以,不能苛意追求平滑而连成曲线;
②连直线时,尽量做到“大多数点”落在直线上,“少数不在直线上的点”尽量分布在直线两侧;“个别离直线较远的点”是错误点,应舍去。
(2)根据画出的l-T2图象(或T2-l图象)的斜率得g,斜率
(或
)
[例题]在做“利用单摆测重力加速度”实验中,某同学先测得摆线长为89.2cm,摆球直径2.065cm,然后用秒表记录了单摆振动30次全振动所用的时间如图实12-1所示,则
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⑴该单摆的摆长为 cm,秒表所示读数为 s。
⑵为了提高实验精度,在试验中可改变几次摆长l,测出相应的周期T,从而得出一组对应的l与T的数值,再以l为横坐标T2为纵坐标,将所得数据连成直线如图实12-2所示,则测得的重力加速度g= 。
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解析:(1)摆长为线长加小球的半径,约为90.23cm,秒表读数为57.0s。
(2)根据单摆简谐运动(摆角θ<50)周期公式
得
。可见T2与l成正比例函数。由数形结合的思想,直线的斜率
。得g=π2。
[变式训练]在《利用单摆测定重力加速度》的实验中,某同学用刻度尺测出了摆线的长度,记为摆长L;当单摆摆至最高处时,某同学按下秒表开始计时,当单摆第一次回到该位置时,停止计时。读得秒表示数为t,记为单摆周期T=t。 请问:以上过程中,该同学有没有错误?如有,应怎样改正?
解析:该同学的操作有三处错误。
1.摆长应为悬点到摆球球心间的距离,即为线长加摆球半径,而不是摆线长度。该同学疏忽了球的半径。
2. 利用一次全振动来测周期误差太大,应适当增加振动的次数,取总时间t与全振动次数n的比值。
3.为减小时间的测量误差,应在小球通过最低位置时,按下秒表开始计时。
(四)、周期的测量
1、为保证做简谐运动,单摆摆角θ应很小,一般θ<50;
2、为减小周期的测量误差,用秒表测出n次(通常30次或50次)全振动的总时间t,然后再除以全振动的总次数n得周期。不应该用直接用秒表测一次全振动的时间得周期。
3、用秒表测时间时,应该在小球经过最低点时开始计时,而不是在小球最高点时开始计时。
4、注意全振动的次数与小球经过最低点的次数的关系,有时周期
,有时![]()
(三)、摆长的测量
1、摆长:摆线______________的距离,即悬线长加摆球________。摆长不等于摆线的长度。
2、线长用毫米___________测量,应先把摆线上端__________后再测绳长;
3、用______________测出小球的直径,再得半径。
(二)、探究影响单摆周期的因素
1、猜想:摆球质量、摆长、振幅等
2、研究方法:控制变量法。
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3、结论:单摆的周期T与摆长L与重力加速度g有关,与摆球质量、单摆振幅等无关.
(一)、理想单摆与实际单摆的制作
1、理想单摆模型:上端固定的轻绳下端挂一质点。
2、实际单摆的制作:细线弹性很小,质量远小于小球,如尼龙线等;用金属小球,线长远大于小球直径;绳一端打结,另一端穿过小球中的小孔后固定于铁架台的铁夹上,而不应绕在横杆上。
剖析:
(三)、实验器材
金属球、细线、铁架台、铁夹、刻度尺、秒表、游标卡尺。
(二)、实验原理
根据单摆简谐运动(摆角θ<50)周期公式
得_____________。只要测得摆长
和周期
即可得到当地的重力加速度g。
(一)、实验目的
1.研究单摆的运动,探究影响单摆周期的因素;
2.用单摆测定当地重力加速度。
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