7 探究单摆周期与摆长的关系
探究单摆与摆长的关系
探究单摆周期与摆长关系
5.【数据处理】 1.结论：
单摆周期随摆长增大而增大。
探究单摆周期与摆长关系 5.【数据处理】
(2)建立直角坐标系，纵坐标表示周期T，横坐标
3 表示摆长L(或L2、 L 、 L 等)，作出图象。如果图象是一Fra bibliotek过原点的倾斜直线，
、 T∝ 3 L 等)。 说明T∝L(或T∝L2、T∝ L
实验：探究单摆周期与摆长的关系
1.单摆的构成（理想化模型）： （1）可以忽略质量、忽略伸缩的细线； （2）质量大，体积小的钢球。 通常实验中，球直径比线长短的多。
2.单摆的回复力
（1）回复力的提供： 摆球重力沿 切线 方向的分力。 （2）运动性质： 偏角很小（小于5°）时， 单摆看做简谐运动。
探究单摆周期与摆长关系
16.5 32.2 16.5
1.8
1.8 1.4 1.4
练习：(1)用单摆测定重力加速度的实验中，有如 下器材供选用，请把应选用的器材填在横线上 __________________(填字母)。
A．1m长的粗绳 B．1m长的细线
C．半径为1cm的小木球 D．半径为1cm的小铅球
B、D、F、G、I
E．时钟 F．秒表 G．最小刻度为mm米尺 H. 最小刻度为cm米尺 I．铁架台 J．附砝码的天平
如图为半径很大的光滑凹形槽，将有一小球 从A点由静止释放。小球将做什么运动？
求运动的周期？
L
O
A
细线穿过小球，然后打一个比小孔稍大一些的线结。
把线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在
实验桌边，使铁夹伸到桌面之外，让摆球自由下垂， 在单摆平衡位置处做上标记，如图。
【注意事项】 单摆摆线的上端应夹紧，不能卷在铁夹的
实验7用单摆测定重力加速度
实验7用单摆测定重力加速度1. (1)在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中,两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示。
测量方法正确的是(选填“甲”或“乙”)。
(2)实验时,若摆球在垂直纸面的平面内摆动,为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数,在摆球运动最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻,如图丙所示。
光敏电阻与某一自动记录仪相连,该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t变化图线如图丁所示,则该单摆的振动周期为。
若保持悬点到小球顶点的绳长不变,改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验,则该单摆的周期将(选填“变大”“不变”或“变小”),图中的Δt将(选填“变大”“不变”或“变小”)。
【解析】(1)由游标卡尺的使用方法知,乙图正确。
(2)由图象可知,单摆半个周期的时间为(t1+t0)-t1=t0。
所以单摆的周期为2t0。
摆长为摆线长加小球半径,所以当小球半径变大时,摆长增加,由周期公式T=2π知周期变大。
当小球直径变大后,挡光时间增加,即Δt变大。
2.根据单摆周期公式T=2π,可以通过实验测量当地的重力加速度。
如图甲所示,将细线的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,示数如图乙所示,读数为mm。
(2)以下是实验过程中的一些做法,其中正确的有。
a.摆线要选择细些的、伸缩性小一些的,并且尽可能长一些b.摆球尽量选择质量大一些、体积小一些的c.为了使摆的周期大一些,以方便测量,开始时拉开摆球,使摆线相距平衡位置有较大的角度d.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置不大于5°,在释放摆球的同时开始计时,当摆球回到开始位置时停止计时,此时间间隔Δt即为单摆周期Te.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置不大于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次全振动所用的时间Δt,则单摆周期T=【解析】(1)(18+6×0.1)mm=18.6mm。
单摆运动的周期与摆长的关系探究
单摆运动的周期与摆长的关系探究摆是我们日常生活中非常常见的物体，如钟摆、秋千等。
而单摆作为一种简单的物理振动系统，也是研究摆动现象的基础。
在单摆运动中，周期是一个重要的物理量，它与摆长之间存在着一定的关系。
一、周期的定义和测量方法周期是指一个周期性现象从起点到终点并回到起点所经历的时间间隔。
在单摆运动中，周期可以通过测量摆动一次所需的时间来确定。
测量单摆的周期可以使用简单的实验方法。
首先，将一根线或者细线拴在一个固定的支点上，然后在线的另一端挂上一个重物。
当重物被拉向一侧后释放，它将开始进行摆动。
使用计时器来记录从某一固定位置（例如摆球运动的最高点）开始，到下一次回到固定位置所经历的时间。
重复多次测量，然后取平均值作为实验结果。
二、周期与摆长的关系在单摆运动中，周期与摆长之间存在着一定的关系，可以表达为周期的平方与摆长的比例关系。
考虑一个简单的单摆系统，重物的质量为m，线的长度为L，重力加速度为g。
摆球在摆动过程中，受力有两个分量：沿摆线方向的重力分量和垂直摆线方向的张力分量。
根据牛顿第二定律，可以得到运动方程。
解决运动方程可以得到单摆运动的周期T的表达式：T = 2π * √(L/g)从上式可以看出，周期T与摆长L成正比。
当摆长增加时，周期也会随之增加。
这是因为较长的摆长对应着更大的牵引力，使得摆球运动的速度更慢，从而导致周期增加。
三、单摆周期与摆长关系的实验验证为了验证周期与摆长之间的关系，可以进行一系列实验。
首先，固定摆球的质量和重力加速度，分别改变摆线的长度，测量不同摆长下的周期。
在实验中选择不同的摆长，可以使用一个可调节的固定支点，或者调节线的长度。
固定起点、记录时间，进行多次测量取平均值。
通过计算周期的平方与摆长之间的比值，可以验证周期与摆长的关系。
实验结果会呈现出周期的平方与摆长的线性关系，验证了周期与摆长之间的关系。
结论通过对单摆运动的周期与摆长的关系进行探究，可以发现它们之间存在着一定的关联。
探究单摆周期与摆长的关系PPT课件
3、注意摆动时摆角不易过大，不能超过10º，以保 证单摆做简谐运动；
4、摆球摆动时，要使之保持在同一个竖直平面内， 不要形成圆锥摆；
5、测量从球通过平衡位置时开始计时，因为在此位 置摆球速度最大，易于分辨小球过此位置的时刻。
6、为了减少偶然误差改变摆长，多次测量求平均 值。
-
7
小结
1、游标卡尺及秒表的使用和读数方法 2、用单摆测重力加速度 （1）原理 （2）器材选择 （3）摆长和周期的测量方法
3、测周期：把单摆从平衡位置拉开一个角度（＜10°）放开它，用 秒表测量单摆完成30次全振动（或50次）所用的时间t，求出完 成一次全振动所需要的时间，这个平均时间就是单摆的周期。
T= t / n
4、求重力加速度：把测得的周期和摆长的数值代入公式，求出重 力加速度g的值来。
5、多次测量求平均值：改变摆长，重做几次实验. 计算出每次实验
小的等分刻度它们的总长等于9mm，因此游
标尺的每一分度与主尺的最小分度相差0.1mm,
当左右测脚合在一起，游标的零刻度线与主尺
的零刻度线重合时，只有游标的第10条刻度线
与主尺的9mm刻度线重合,其余的刻度线都不
重合。游标的第一条刻度线在主尺的1mm刻度左边0.源自mm处，游标的第二条刻度线在主尺的
2mm刻度左边0.2mm处- ，等等。
⑤计算周期时，将(n－1)次全振动误记为n 次全振动.
-
10
3、一位同学用单摆测重力加速度的实验．他将摆挂起 来后，进行了如下步骤：
(A)测摆长L：用米尺量出摆线的长度． (B)测周期T：将摆球拉起，然后放开．在摆球某次通过 最低点时，按下秒表开始计时，同时将此次通过最低点作 为第一次，接着一直数到摆球第60次通过最低点时，按秒 表停止计时．读出这段时间t，算出单摆的周期 T=t/60
实验九 探究单摆的周期与摆长的关系
(3)将T2＝0，L＝－30 cm代入上式可得：
h＝30 cm＝0.3 m；
将T2＝1.20，L＝0代入上式可求得：g＝π2 m/s2＝9.86 m/s2. [答案] (1)BD (2)a (3)0.3 9.86
1．(2011· 北京海淀区测试)某同学做“用单摆测定重力加速 度”的实验时，测得的重力加速度数值明显大于当地的重 力加速度的实际值．造成这一情况的可能原因是 A．测量摆长时，把悬挂状态的摆线长当成摆长 B．测量周期时，当摆球通过平衡位置时启动秒表，此后 摆球第 30 次通过平衡位置时制动秒表，读出经历的时 t 间为 t，并由计算式 T＝ 求得周期 30 C．开始摆动时振幅过小 D．所用摆球的质量过大 ( )
图实－9－9
(2)如果测得的g值偏小，可能的原因是________(填写代号)． A．测摆长时，忘记了摆球的半径 B．摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，使摆线长度增 加了
C．开始计时时，秒表过早按下
D．实验中误将39次全振动次数记为40次
(3)某同学在实验中，测量6种不同摆长情况下单摆的振动 周期，记录表格如下： l/m 0.4 0.5 0.8 0.9 1.0 1.2
图实－9－7
解析：(1)小球应放在测脚下部位置，图乙正确． (2)由R随t的变化图象可知，单摆半个周期的时间为(t1＋
t0)－t1＝t0，所以单摆的周期为2t0.当换用直径为原来2倍
的小球做实验时，该单摆的摆长将会变大，故周期T将会 变大．Δt表示小球通过光敏电阻与激光器之间的时间， 当摆球直径变大时，通过的时间将变长． 答案：(1)乙 (2)2t0 变大 变大
台(带铁夹)、刻度尺、秒表、游标卡尺．
四、实验操作
1．实验步骤 (1)做单摆：让细线的一端穿过小球的小孔， 并打一个比小孔大一些的结，然后把线 的另一端用铁夹固定在铁架台上，并把
专题22 实验：探究单摆的摆长与周期的关系-2020年浙江高考物理(选考)二轮终极专题复习(解析版)
专题22 实验：探究单摆的摆长与周期的关系 1.实验原理当偏角很小时，单摆做简谐运动，其运动周期为T ＝2π l g ，它与偏角的大小及摆球的质量无关，由此得到g ＝4π2l T 2.因此，只要测出摆长l 和振动周期T ，就可以求出当地的重力加速度g 的值．2．实验器材带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球，不易伸长的细线（约1米）、秒表、毫米刻度尺和游标卡尺．3．实验步骤（1）让细线的一端穿过金属小球的小孔，然后打一个比小孔大一些的线结，做成单摆．（2）把细线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂，在单摆平衡位置处作上标记，如实验原理图所示．（3）用毫米刻度尺量出摆线长度l ′，用游标卡尺测出摆球的直径，即得出金属小球半径r ，计算出摆长l ＝l ′＋r .（4）把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度（不超过5°），然后放开金属小球，让金属小球摆动，待摆动平稳后测出单摆完成30～50次全振动所用的时间t ，计算出金属小球完成一次全振动所用时间，这个时间就是单摆的振动周期，即T ＝t N （N 为全振动的次数），反复测3次，再算出周期T ＝T 1＋T 2＋T 33. （5）根据单摆周期公式T ＝2π l g 计算当地的重力加速度g ＝4π2l T 2.（6）改变摆长，重做几次实验，计算出每次实验的重力加速度值，求出它们的平均值，该平均值即为当地的重力加速度值．（7）将测得的重力加速度值与当地的重力加速度值相比较，分析产生误差的可能原因．1．注意事项 （1）构成单摆的条件：细线的质量要小、弹性要小，选用体积小、密度大的小球，摆角不超过5°. （2）要使摆球在同一竖直面内摆动，不能形成圆锥摆，方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放． （3）测周期的方法：①要从摆球过平衡位置时开始计时．因为此处速度大、计时误差小，而最高点速度小、计时误差大．②要测多次全振动的时间来计算周期．如在摆球过平衡位置时开始计时，且在数“零”的同时按下秒表，以后每当摆球从同一方向通过平衡位置时计数1次．（4）本实验可以采用图象法来处理数据．即用纵轴表示摆长l ，用横轴表示T 2，将实验所得数据在坐标平面上标出，应该得到一条倾斜直线，直线的斜率k ＝g 4π2.这是在众多的实验中经常采用的科学处理数据的重要办法．2．数据处理处理数据有两种方法：（1）公式法：测出30次或50次全振动的时间t ，利用T ＝t N 求出周期；不改变摆长，反复测量三次，算出三次测得的周期的平均值T ，然后代入公式g ＝4π2l T 2求重力加速度．（2）图象法：由单摆周期公式不难推出：l ＝g 4π2T 2，因此，分别测出一系列摆长l 对应的周期T ，作l －T 2的图象，图象应是一条通过原点的直线，求出图线的斜率k ＝Δl ΔT 2，即可利用g ＝4π2k 求得重力加速度值，如图1所示．图13．误差分析（1）系统误差的主要来源：悬点不固定，球、线不符合要求，振动是圆锥摆而不是在同一竖直平面内的振动等．（2）偶然误差主要来自时间的测量上，因此，要从摆球通过平衡位置时开始计时，不能多计或漏计振动次数．1．在用单摆测定重力加速度实验中，除了铁架台、铁夹、游标卡尺外，还提供了如下器材A.长度约为100cm的细线B.长度约为30cm的细线C.直径约为2cm的带孔铁球D.直径约为2cm的塑料球E.秒表F.打点计时器G.最小刻度是1cm的直尺H.最小刻度是1mm的直尺为了较精确测量重力加速度的数值（1）应该选择的器材有_____________________。
单摆实验报告样本
0.735
0.714
1.000
100
90
80
70
60
60
3.33
3.00
2.67
2.33
2.00
2.00
11.11 9.00
7.11
5.44
4.00
4.00
2.24
2.63 前6组3平.16
3.92
5.03
9.86
重力加速度平均值
均
2.78 总平均 3.63
以摆长为横轴、周期的2次方根为纵轴画图象，看是否接近直线
4.33
4.00
2.00
32.11
25.00
21.78
18.78
16.00
4.00
1.00
1.23
1.36
1.51
1.70
9.86
第7次 第8次 第9次 第10次 第11次 第12次
62
59
56
53
50
98.95
0.631
0.601
0.571
0.541
0.511
1.000
0.794
0.775
0.755
以小球到达最高点时作为计时开始和停止的时刻较 4 好，应测量30次（甚至更多次）全振动的时间然后做
除法得到周期
5 数据分析可以采用做图象的方式
通过直接测量得到的 数据
绳长（cm）、球直径（基本统一2.1cm）、30倍周期（s）
通过计算得到的数据
摆长（m）、摆长的2次方根、周期（s）、g（m/s^2）
实验：单摆周期与摆长的关系&测定重力加速度
实验目的
1 探究单摆周期与摆长的关系 2 测定当地的重力加速度
第十三章 实验：探究单摆周期与摆长的关系
03
考点二 拓展创新实验
例2 (2020·山东菏泽市调研)在探究单摆运动的实验中： (1)图6(a)是用力传感器对单摆振动过程进行测量的装置图，图(b)是与力 传感器连接的计算机屏幕所显示的F-t图象，根据图(b)的信息可得，从t ＝0时刻开始摆球第一次摆到最低点的时刻为_0_.5_s，摆长为_0_._6_4_m(取π2 ＝10，重力加速度大小g＝10 m/s2).
加速度
解析 测得摆长应为l＋d2，选项B错误； 若让小球在水平面内做圆周运动，则为圆锥摆运动，测得的摆动周期不 是单摆运动周期，选项D错误.
例3 在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中，摆球在垂直纸面的 平面内摆动.如图7甲所示，在摆球运动最低点的左、右两侧分别放置一 激光光源与光敏电阻.光敏电阻(光照时电阻比较小)与某一自动记录仪相 连，该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t的变化图线如图乙所示，则该 单摆的振动周期为_2_t_0_.若保持悬点到小球顶点的绳长不变，改用直径是 原小球直径2倍的另一小球进行实验，则该单摆的周期将_变__大__(填“变 大”“不变”或“变小”).
12
(2)实验测得的g值比实际值偏大，可能的原因是__B____. A.摆球的密度过小 B.摆球经平衡位置时启动停表并开始计数，当摆球第50次经过平衡位置
时制动停表，若读数为t，则周期为T＝4t9 C.摆线上端未固定牢，摆动过程中出现松动，使摆线增长
12
解析 根据单摆的周期公式T＝2π
gl ，可得g＝
解析 单摆振动的回复力是摆球重力在垂直摆线方向上的分力，而摆球 所受重力和摆线对摆球拉力的合力在径向上提供向心力，选项B正确.
(3)某同学的操作步骤如下，其中正确的是_A__C__. A.取一根细线，下端系住直径为d的金属小球，上端固定在铁架台上 B.用米尺量得细线长度l，测得摆长为l C.在摆线偏离竖直方向5°位置静止释放小球 D.让小球在水平面内做圆周运动，测得摆动周期，再根据公式计算重力
实验十三探究单摆的摆长与周期的关系
实验十三探究单摆的摆长与周期的关系实验十三探究单摆的摆长与周期的关系一、实验目的1.理解和掌握单摆的周期公式。
2.探究单摆的摆长与周期的关系。
3.学习使用控制变量法进行科学实验。
二、实验原理单摆是指一个固定在一点的细线上悬挂的质点，在重力作用下进行周期性往复振动。
单摆的周期公式为T=2π√(L/g)，其中T为单摆周期，L为单摆摆长，g为重力加速度。
通过改变摆长，观察单摆周期的变化，可以得出摆长与周期的关系。
三、实验步骤1.准备实验器材：细线、小球、支架、秒表等。
2.将小球悬挂在支架上，调整细线的长度，使小球保持平衡状态。
3.将秒表记录时间功能开启，同时释放小球开始摆动。
4.观察并记录当小球完成一个完整的振动周期时，秒表记录的时间。
5.改变细线的长度，使小球的摆长改变，重复步骤3和4，至少进行五组实验。
6.将实验数据整理成表格，分析摆长与周期的关系。
四、实验数据分析实验数据如下表：时，周期也相应增加。
通过线性拟合，可以进一步验证这个关系。
五、实验结论通过本实验，我们验证了单摆周期公式T=2π√(L/g)。
实验数据表明，摆长与单摆周期存在明显的正比关系。
当摆长增加时，单摆周期也相应增加。
这一结论对于理解和掌握单摆的运动特性具有重要意义。
六、实验思考与改进虽然我们在本次实验中成功地探究了单摆摆长与周期的关系，但实验过程中可能存在一些误差来源。
以下是对实验的进一步思考与改进：1.实验过程中应尽量保持小球在同一直线上振动，以减小空气阻力对实验结果的影响。
2.尽量选择质量较重的小球进行实验，以提高实验的精确度。
因为小球的质量越大，对摆长的敏感度越高，有利于更准确地观察摆长与周期的关系。
3.在改变摆长时，尽量保持其他条件不变，如保持悬点位置不变，以避免由于悬点位置变化引起的小球重力加速度的变化对实验结果的影响。
4.在记录数据时，应尽量减少人为误差。
可以通过多次测量求平均值的方法来减小误差。
例如，可以在每次测量后进行一次校准，以减小秒表计时误差。
实验13 探究单摆的摆长与周期的关系 (共26张PPT)
图实132
A．出现图线 a 的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长 L B．出现图线 c 的原因可能是误将 49 次全振动记为 50 次 C．图线 c 对应的 g 值小于图线 b 对应的 g 值
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 实133 所示，由于家里只有一根量程为 0～30 cm 的刻度尺，于是他在细线上 的 A 点做了一个标记，使得悬点 O 到 A 点间的细线长度小于刻度尺量程．保持 该标记以下的细线长度不变，通过改变 O、A 间细线长度以改变摆长．实验中， 当 O，A 间细线的长度分别为 l1、l2 时，测得相应单摆的周期为 T1、T2.由此可得 重力加速度 g＝________(用 l1、l2、T1、T2 表示)．
图实131
②测出悬点 O 到小球球心的距离(摆长)L 及单摆完成 n 次全振动所用的时间 t，则重力加速度 g＝________(用 L、n、t 表示)． ③下表是某同学记录的 3 组实验数据，并做了部分计算处理. 组次 摆长 L/cm 50 次全振动时间 t/s 振动周期 T/s 重力加速度 g/(m·s )
图实135
【解析】 ①组装单摆时，悬线应选用不易伸长的细线；摆球选择体积小、 密度大的摆球； 单摆摆动时在同一竖直面内摆动； 摆的振幅尽量小一些． 选项 B、 C 正确．
②设单摆的周期为 T1 时摆长为 L1，周期为 T2 时摆长为 L2 L1 则 T1＝2π g L2 T2＝2π g 且 L1－L2＝ΔL 4π2ΔL 联立①②③式得 g＝ 2 2 . T1－T2
图实136
②他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆 球的最低端的长度 L＝0.999 0 m，再用游
图实137 标卡尺测量摆球直径，结果如图实137 所示，则该摆球的直径为 ________mm，单摆摆长为________m.
实验探究单摆的摆长和周期的关系
实验十四 探究单摆的摆长与周期的关系1.实验原理当偏角很小时，单摆做简谐运动，其运动周期为T ＝2πlg，它与偏角的大小及摆球的质量无关，由此得到g ＝4π2lT 2.因此，只要测出摆长l 和振动周期T ，就可以求出当地的重力加速度g 的值. 2.实验器材带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球、不易伸长的细线(约1 m)、秒表、毫米刻度尺和游标卡尺. 3.实验步骤(1)让细线的一端穿过金属小球的小孔，然后打一个比小孔大一些的线结，做成单摆. (2)把细线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂，在单摆平衡位置处做上标记，如图1所示.图1(3)用毫米刻度尺量出摆线长度l ′，用游标卡尺测出摆球的直径，即得出金属小球半径r ，计算出摆长l ＝l ′＋r .(4)把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度(不超过5°)，然后放开金属小球，让金属小球摆动，待摆动平稳后测出单摆完成30～50次全振动所用的时间t ，计算出金属小球完成一次全振动所用时间，这个时间就是单摆的振动周期，即T ＝tN (N 为全振动的次数)，反复测3次，再算出周期的平均值T ＝T 1＋T 2＋T 33.(5)根据单摆周期公式T ＝2πl g ，计算当地的重力加速度g ＝4π2l T2. (6)改变摆长，重做几次实验，计算出每次实验的重力加速度值，求出它们的平均值，该平均值即为当地的重力加速度值.(7)将测得的重力加速度值与当地的重力加速度值相比较，分析产生误差的可能原因.1.注意事项(1)构成单摆的条件：细线的质量要小、弹性要小，选用体积小、密度大的小球，摆角不超过5°.(2)要使摆球在同一竖直面内摆动，不能形成圆锥摆，方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放.(3)测周期的方法：①要从摆球过平衡位置时开始计时.因为此处速度大、计时误差小，而最高点速度小、计时误差大.②要测多次全振动的时间来计算周期.如在摆球过平衡位置时开始计时，且在数“零”的同时按下秒表，以后每当摆球从同一方向通过平衡位置时计数1次.(4)本实验可以采用图象法来处理数据.即用纵轴表示摆长l ，用横轴表示T 2，将实验所得数据在坐标平面上标出，应该得到一条倾斜直线，直线的斜率k ＝g4π2.这是在众多的实验中经常采用的科学处理数据的重要方法. 2.数据处理处理数据有两种方法：(1)公式法：测出30次或50次全振动的时间t ，利用T ＝tN 求出周期；不改变摆长，反复测量三次，算出三次测得的周期的平均值T ，然后利用公式g ＝4π2lT2求重力加速度.(2)图象法：由单摆周期公式不难推出：l ＝g4π2T 2，因此，分别测出一系列摆长l 对应的周期T ，作l －T 2的图象，图象应是一条通过原点的直线，如图2所示，求出图线的斜率k ＝ΔlΔT 2，即可利用g ＝4π2k 求重力加速度.图23.误差分析(1)系统误差的主要来源：悬点不固定，球、线不符合要求，振动是圆锥摆而不是在同一竖直平面内的振动等.(2)偶然误差主要来自时间的测量，因此，要从摆球通过平衡位置时开始计时，不能多计或漏计全振动次数.命题点一教材原型实验例1某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素.(1)他组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图3所示，这样做的目的是________(填字母代号).图3A.保证摆动过程中摆长不变B.可使周期测量更加准确C.需要改变摆长时便于调节D.保证摆球在同一竖直平面内摆动(2)他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度L＝0.999 0 m，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图4所示，则该摆球的直径为________ mm，单摆摆长为________ m.图4(3)下列振动图象真实地描述了对摆长约为1 m的单摆进行周期测量的四种操作过程.图中横坐标原点表示计时开始，A、B、C均为30次全振动的图象，已知sin 5°＝0.087，sin 15°＝0.26，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是________(填字母代号).答案 (1)AC (2)12.0 0.993 0 (3)A解析 (1)橡皮的作用是使摆线摆动过程中悬点位置不变，从而保证摆长不变，同时又便于调节摆长，A 、C 正确；(2)根据游标卡尺读数规则可得摆球直径为d ＝12 mm ＋0.1 mm ×0＝12.0 mm ，则单摆摆长为L 0＝L －d2＝0.993 0 m(注意统一单位)；(3)单摆摆角不超过5°，且计时位置应从最低点(即速度最大位置)开始，故A 项的操作符合要求.变式1 某同学用单摆测当地的重力加速度.他测出了摆线长度L 和摆动周期T ，如图5(a)所示.通过改变悬线长度L ，测出对应的摆动周期T ，获得多组T 与L ，再以T 2为纵轴、L 为横轴画出函数关系图象如图(b)所示.由图象可知，摆球的半径r ＝________ m ，当地重力加速度g ＝________ m/s 2；由此种方法得到的重力加速度值与实际的重力加速度值相比会________(选填“偏大”“偏小”或“一样”)图5答案 1.0×10－2 9.86 一样 命题点二 实验拓展与创新例2 (2015·天津理综·9(2))某同学利用单摆测量重力加速度. (1)为了使测量误差尽量小，下列说法正确的是________. A.组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球 B.组装单摆须选用轻且不易伸长的细线 C.实验时须使摆球在同一竖直面内摆动D.摆长一定的情况下，摆的振幅尽量大(2)如图6所示，在物理支架的竖直立柱上固定有摆长约1 m的单摆.实验时，由于仅有量程为20 cm、精度为1 mm的钢板刻度尺，于是他先使摆球自然下垂，在竖直立柱上与摆球最下端处于同一水平面的位置做一标记点，测出单摆的周期T1；然后保持悬点位置不变，设法将摆长缩短一些，再次使摆球自然下垂，用同样方法在竖直立柱上做另一标记点，并测出单摆的周期T2；最后用钢板刻度尺量出竖直立柱上两标记点之间的距离ΔL.用上述测量结果，写出重力加速度的表达式g＝________.图6答案(1)BC(2)4π2ΔLT21－T22解析(1)在利用单摆测重力加速度实验中，为了使测量误差尽量小，须选用密度大、半径小的摆球和不易伸长的细线，摆球须在同一竖直面内摆动，摆长一定时，振幅尽量小些，以使其满足简谐运动条件，故选B、C.(2)设第一次摆长为L，第二次摆长为L－ΔL，则T1＝2πLg，T2＝2πL－ΔLg，联立解得g＝4π2ΔLT21－T22.变式2为了研究滑块的运动，选用滑块、钩码、纸带、毫米刻度尺、带滑轮的木板以及由漏斗和细线构成的单摆等组成如图7甲所示装置，实验中，滑块在钩码作用下拖动纸带做匀加速直线运动，同时让单摆垂直于纸带运动方向做小摆幅摆动，漏斗可以漏出很细的有色液体，在纸带上留下的痕迹记录了漏斗在不同时刻的位置，如图乙所示.图7(1)漏斗和细线构成的单摆在该实验中所起的作用与下列哪个仪器相同？________(填写仪器序号).A.打点计时器B.秒表C.毫米刻度尺D.电流表(2)已知单摆周期T＝2 s，在图乙中AB＝24.10 cm，BC＝27.90 cm、CD＝31.90 cm、DE＝36.10 cm，则单摆在经过D点时，滑块的瞬时速度为v D＝________ m/s，滑块的加速度为a＝________ m/s2(结果保留两位有效数字).答案(1)A(2)0.340.040解析(1)单摆振动具有周期性，摆球每隔半个周期经过纸带中线一次，单摆在该实验中所起的作用与打点计时器相同，故选A.(2)在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度大小，故有v D＝x CET＝0.34 m/s据匀变速直线运动的推论Δx＝aT2，有：a＝CD＋DE－(AB＋BC)T2＝0.040 m/s2。
人教版物理选修(高考专用版)第十一章 机械振动 实验：探究单摆周期与摆长的关系 含答案
一、游标卡尺
1．构造：
图1
测量厚度、长度、深度、内径、外径．
利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成．
不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的
一、实验器材与注意事项
例
图2
例浙江名校新高考研究联盟第三次联
图3
图4
摆球直径用游标卡尺进行测量，测量方法和游标刻度如图
．(请注意单位，本空保留四位有效数字
图5
～14.06 0.483 0～0.484 5
浙江10月选
图6
因小球通过平衡位置时的速度较大，有利于计时．故选乙．
例
图7
AD
游标卡尺的主尺读数为2 cm，游标尺上第10个刻度和主尺上某一刻度对
×0.05 mm＝0.50 mm，所以最终读数为：
例
图8
．保证摆动过程中摆长不变
．保证摆球在同一竖直平面内摆动
1．(实验器材与注意事项)(20xx·宁波“十校联考”期末)在“用单摆测定重力加速度”的实验中
图9 图10
图11
测单摆周期时，为减小测量误差，应________．
图12
某同学在实验时忘了测量小球直径，但是改变摆线长度做了多次测量，得到的实验数据，根据这些数据，该同学能否求得当地的重力加速度？
图14
23.68(23.60～23.74) (3)117.4 s
为减小实验误差，应选择1 m左右的摆线，为减小空气阻力影响，摆球应选质量大的金属球，因此需要的实验器材是A、
题图所示仪器为游标卡尺，读数为：23 mm＋0.02×。
【高中物理】高中物理知识点：实验：探究单摆周期与摆长的关系
【高中物理】高中物理知识点：实验：探究单摆周期与摆长的关系探究单摆周期与摆长的关系：实验目的：1、探究单摆周期与摆长的关系。
2、能正确熟练地使用秒表。
实验原理：测量摆长和摆的周期，得到一组数据；改变摆长，再得到几组数据。
从中可以找出周期与摆长的关系。
实验器材：带孔小钢球一个、细丝线一条（长约1 m）、毫米刻度尺一把、秒表、游标卡尺、带铁夹的铁架台。
实验步骤：1、做单摆：取约1 m长的细丝线穿过带孔的小钢球，并打一个比小孔大一些的结，然后把线的另一端用铁夹固定在铁架台上，并把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂；2、测摆长：用米尺量出摆线长l（精确到毫米），用游标卡尺测出小球直径D（也精确到毫米），则单摆的摆长l′＝l＋；3、测周期：将单摆从平衡位置拉开一个角度（小于10°），然后释放小球，记下单摆做30次～50次全振动的总时间，算出平均每一次全振动的时间，即为单摆的振动周期。
反复测量三次，再算出测得周期数值的平均值；4、改变摆长，重做几次实验。
数据处理：1、先通过数据分析，对周期T与摆长l的定量关系做出猜测，例如可能是T∝l、T∝l2，或者；2、建立直角坐标系，用纵坐标表示周期T，横坐标表示l（或l2、、等），作出图象。
如果这样作出的图象确实是一条直线，说明T∝l（或T∝l2、等）。
注意事项：1、选择材料时应选择细、轻又不易伸长的线，长度一般在1m左右，小球应选用密度较大的金属球，直径应较小，最好不超过2 cm。
2、单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上，应夹紧在铁夹中，以免摆动时发生摆线下滑、摆长改变的现象。
3、注意摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过10°，可通过估算振幅的办法掌握。
4、摆球振动时，要使之保持在同一个竖直平面内，不要形成圆锥摆。
5、计算单摆的振动次数时，应从摆球通过最低位置时开始计时，为便于计时，可在摆球平衡位置的正下方作一标记。
以后摆球每次从同一方向通过最低位置时进行计数，且在数“零”的同时按下秒表，开始计时计数。
探究单摆周期与摆长的关系
(1)要从摆球过平衡位计时误差大. (2)要测多次全振动的时间来计算周期.如在摆 球过平衡位置开始计时,且在数“零”的同时按 下秒表,以后摆球从同一方向通过最低位置时计
4.摆球的悬点要固定，即用铁夹夹紧，以免摆球摆 动时摆线长度变化.
【数据处理】
由公式g= 4π 2 l ,分别测出一系列摆长l对应的周
T2
期T.作出l-T2的图象,如图2所示,图象应是一条 通过原点的直线,求出图线的斜率k,即可求得 g值. g4π 2kk,Tl2Δ Δ2 Tl 根据图线斜率求g值可以减小误差.
图2
【例1】某同学在家里做用单摆测定重力加速度的
实验,由于没有螺旋测微器测摆球的直径,采用
计算出摆长l=l′+
d 2
.
3.5mm 一定要把握机会！
0.25mm
4.把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度(不超
过15°),然后放开小球,让小球摆动,待摆动平稳
后测出单摆完成N(一般为30～50)次全振动所用
的时间t,计算出小球完成1次全振动所用的时间,
这个时间就是单摆的振动周期,即T=
t N
探究单摆周期与摆长的关系
【实验目的】
1.用单摆测定当地的重力加速度.
2.练习使用游标卡尺
【实验原理】
单摆在摆角很小(小于5°)时,其摆动可以看
作简谐运动,其振动周期T=2π l ,其中l为摆长
g
,g为当地重力加速度,由此可得g=
4π ,2 l 据此,
T2
只要测出摆长l和周期T,就可计算出当地重力加
速度g的数值.
【实验器材】
铁架台、金属小球、长约1 m的细线、秒表、刻度尺 、游标卡尺.
高中物理选修3-4第十一章第50讲 实验、探究：单摆的周期与摆长的关系
第50讲实验、探究：单摆的周期与摆长的关系考情剖析(注：①考纲要求及变化中Ⅰ代表了解和认识，Ⅱ代表理解和应用；②命题难度中的A知识整合知识网络基础自测一、实验目的：用单摆测定重力加速度二、实验原理单摆在偏角很小(不超过10°)时的摆动，可认为是简谐运动，其固有周期为____________，由此可得____________．只要测出摆长L和周期T，即可算出当地的重力加速度值．三、实验器材长约1 m的细丝线一条，通过球心开有小孔的金属小球一个、带有铁夹的铁架台一个，____________一根，____________一块．四、实验步骤①让线的一端穿过小球的小孔，然后打一个比小孔大一些的线结，做成单摆；②把线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球____________，在单摆平衡位置处做上标记；③用刻度尺测量单摆的摆长(悬点到球心间的距离)；④把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度(不超过10°)，然后放开小球让它摆，再用秒表测出单摆完成30次或50次全振动的时间，计算出平均完成一次全振动的时间，这个时间就是单摆的____________；⑤改变摆长，重做几次实验；⑥根据单摆的周期公式，计算出每次实验的重力加速度，求出几次实验得到的重力加速度的平均值，即是本地区的重力加速度的值；⑦将测得的重力加速度数值与当地重力加速度值加以比较，分析产生误差的可能原因．五、注意事项①摆线不能过短或过长或易伸长、摆长应是悬点到球心间的距离．摆球用密度大、直径小的金属球．②摆球摆动时应使偏角不超过10°，且在同一竖直面内，不要形成圆锥摆，摆中悬点不能松动．③累积法测周期时，应从最低位置开始计时和记录全振动次数．④使用秒表方法是三次按按钮：一是“走时”，二是“停止”，三是“复零”．读数：先读分针刻度(包括半分钟)，再读秒针刻度(最小刻度为0.1s，不要再估读)．⑤处理数据时，采用图像法，画出T2－L图像，求得直线的斜率k，即有g＝4π2/k.六、误差分析①本实验系统误差主要来源于单摆模型本身是否符合要求．即：悬点是否固定，摆球是否可看作质点，球、线是否符合要求，振动是圆锥摆还是在同一竖直平面内振动以及测量哪段长度作为摆长等等．只要注意了上面这些问题，就可以使系统误差减小到远远小于偶然误差而达到忽略不计的程度．②本实验偶然误差主要来自时间(即单摆周期)的测量上，因此，要注意测准时间(周期)．要从摆球通过平衡位置开始计时，并采用倒数计时计数的方法，不能多计或漏计振动次数．为了减小偶然误差，应进行多次测量后取平均值．③本实验中进行长度(摆线长、摆球的直径)的测量时，读数读到毫米位即可(即使用卡尺测摆球直径也只需读到毫米位)．时间的测量中，秒表读数的有效数字的末位在“秒”的十分位即可．重点阐述易错诊所一、秒表读数1．秒表构造外壳按钮：使指针启动、停止和回零，如图所示．表盘刻度：秒针指示大圆周的刻度，其最小分度值常见为0.1秒、0.2秒或0.5秒；秒钟转一周历时30秒；分针指示小圆周的刻度，其最小分度值常见为0.1分或0.5分，分针转一周历时15分．2．秒表的工作原理机械秒表靠发条转动力矩，通过内部齿轮驱动调节器调节摆动的秒针和分针，即将发条的弹性势能转化为动能，使指针摆．3．秒表的读数不足30秒即秒针转不到一周时，直接读大圆周上秒针所指的黑体分度值，因为大圆周上有红、黑两种字体，黑字0～30，红字31～60，意思是秒针转两周才60秒；同理分针所指的小圆周上也有两种字体，黑字0～15，红字16～31，分针转两周才30分；通常是分针读红字，秒针读红字，分针读黑字，秒针读黑字，计时为两个示数之和．4．秒表的使用方法①按钮开始计时，分针、秒针都启动②按钮停止计时，分针、秒针都停止③按钮分针、秒针回“0”位，此时在使用有两个按钮的表时，应按“0”位侧边的钮1．做单摆：取约1米长的线绳穿过带孔的小钢球，并打一个比小孔大一些的结，然后拴在桌这的支架上．2．用米尺量出悬线长l，准确到毫米，用游标卡尺测摆球直径，算出半径r也准确到毫米，则摆长为l＋r(注意长即摆绳长的量法)．3．把单摆从平衡位置拉开一个角度放开它，用秒表测量单摆完成30次全振动(或50次)所用的时间，求出完成一次全振动所需要的时间，这个平均时间就是单摆的周期，反复测量三次，再算出测得周期数值的平均值．4．把测得的周期(用平均值)和摆长的数值代入公式，求出重力加速度g的值来．【典型例题】(1)在做用单摆测定重力加速度的实验时，用摆长l和周期T计算重力加速度的公式是g＝________.如果已知摆球直径为2.00 cm，让刻度尺的零点对准摆线的悬点，摆线竖直下垂，如图甲所示，那么单摆摆长是________．如果测定了40次全振动的时间如图乙中秒表所示，那么秒表读数是________s．单摆的摆动周期是________s.甲乙(2)以l g ＝________. 温馨提示熟悉秒表读数的方法，熟练应用单摆周期公式及其变形，学会应用图象解决问题．记录空间【变式训练】 用单摆测定重力加速度实验中：(1)除了细线、摆球、铁架台、铁夹、米尺之外，必需的仪器还有________； (2)为了减小实验误差：当摆球的直径约为2 cm 时，比较合适的摆长应选________(选填：80 cm 、30 cm 、10 cm)(3)实验中，利用g ＝4π2LT2，求得g ，其摆长L 和周期T 的误差都会使最后结果产生误差，两者相比，________的误差影响较大；(4)在某次实验中，测得单摆振动50次全振动的时间如图所示，则单摆的周期T ＝________s.随堂 演练1．在“用单摆测重力加速度”的实验中，摆线应选用( ) A ．长约10 cm 的细线 B ．长约1 m 的细线 C ．长约1 m 的粗绳 D ．80 cm 长的橡皮绳 2．以下实验操作错误的是( )A．单摆的最大偏角不小于10°B．测摆长时，应先把摆球挂起来再测量C．用秒表测周期时，应从摆球经过最高点时开始计时D．记下摆球从第一次经过最低点到第60次经过最低点的时间t，则单摆振动周期t592 3．宇航员在绕地球做圆周运动的空间站内研究处于完全失重状态下弹簧振子的周期T 与振子质量m的关系．身边的器材有：弹簧、完全相同的螺帽若干个、天平、秒表、刻度尺、温度计等．(1)宇航员利用上述器材中的螺帽和弹簧连接组成弹簧振子，为完成实验，还应从选择的一个器材是________；他以螺帽的个数n为横坐标得出一条倾斜直线，那么他是以________为纵坐标的．由表中数据，在图示坐标系中作出该直线；(3)根据作出的图线，得出T与n的关系式为T＝________(s)，若每个螺帽的质量用m0表示，用T与m的关系式为T＝________(s)；(4)若用一未知质量的物体做振子时，测得周期为1.26 s，则该物体质量为________m0.第3题图4．(1)在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示．测量方法正确的是________(填“甲”或“乙”)．(2)实验时，若摆球在垂直纸面的平面内摆动，为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数，在摆球运动最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻，如图丙所示．光敏电阻与某一自动记录相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t变化图线如图丁所示，则该单摆的振动周期为________．若保持悬点到小球顶点的绳长不变，改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验，则该单摆的周期将________(填“变大”、“不变”或“变小”)，图丁中的△t将________(填“变大”、“不变”或“变小”)．丙丁第4题图第5题图5．(12年江苏模拟)在“用单摆测定重力加速度”的实验中，将一单摆装置竖直悬于某一深度为h(未知)且开口向下的固定小筒中(单摆的下部分露于筒外)，如图甲所示．将悬线拉离平衡位置一个小角度后由静止释放，设单摆摆动过程中悬线不会碰到筒壁．如果本实验的长度测量工具只能测量出筒下端口到摆球球心之间的距离l，并通过改变l而测出对应的摆动周期T，再以T2为纵轴、l为横轴，作出T2－l图象，则可以由此图象得出我们想要测量的物理量．(1)现有如下测量工具：A.时钟；B.秒表；C.天平；D.毫米刻度尺，本实验所需的测量工具有________．(2)如果实验中所得到的T2－l关系图象如图乙所示，那么真正的图象应该是a、b、c中的________．(3)由图象可知，小筒的深度h＝________cm；当地重力加速度g＝________m/s2(π取3.14，计算结果保留到小数点后两位)．第50讲 实验、探究：单摆的周期与摆长的关系知识整合 基础自测 2.T ＝2πL/g g ＝4π2LT23.毫米刻度尺 秒表4.②自由下垂 ④振动周期 重点阐述【典型例题】 (1)在做用单摆测定重力加速度的实验时，用摆长l 和周期T 计算重力加速度的公式是g ＝________.如果已知摆球直径为2.00 cm ，让刻度尺的零点对准摆线的悬点，摆线竖直下垂，如图甲所示，那么单摆摆长是________．如果测定了40次全振动的时间如图乙中秒表所示，那么秒表读数是________s ．单摆的摆动周期是________s.甲乙(2)以l 为横坐标，T 为纵坐标，作出T －l 图象，利用此图线得重力加速度g ＝________. 【答案】 (1)4π2lT 2 87.40 cm 75.2 1.88 (2)图象如图所示 9.96 m/s 2【解析】 (1)由单摆周期公式T ＝2πlg，得g ＝4π2l/T 2，图中读出长度为88.40 cm ，则摆长l ＝88.40 cm －d/2 cm ＝87.40 cm ，短针是分针，一格是60 s ，长针是秒针，长针又指15.2 s ，故秒表读数是t ＝60 s ＋15.2 s ＝75.2 s ，单摆周期T ＝t/n ＝75.2/40 s ＝1.88 s.(2)由T ＝2πl g ，可得T 2＝4π2l g，所以T 2－l 图线是过坐标原点的一条直线，直线斜率是k ＝4π2/g ，g ＝4π2k.在图线上取较远的两点(l 1，T 21)，(l 2，T 22)，则k ＝T 22－T 21l 2－l 1，所以g ＝4π2（l 2－l 1）T 22－T 21. 作出图象如图所示，由直线上的点(0.5，2.02)和点(1.0，4.00)可求出k ＝4.00－2.021.0－0.5＝3.96，g ＝4π2k ＝4×3.1423.96m/s 2＝9.96 m/s 2.变式训练 (1)秒表 游标卡尺 (2)80cm (3)周期 (4)2.018【解析】 (1)除了细线、摆球、铁架台、铁夹、米尺之外，还需要秒表测周期，游标卡尺测摆球直径；(2)为了减小实验误差，当摆球的直径约为2 cm 时，比较合适的摆长应选80 cm ；(3)实验中，利用g ＝4π2LT 2，求得g ，其摆长L 和周期T 的误差都会使最后结果产生误差，两者相比，周期有平方，周期的误差影响较大；(4)读图可知，秒表读数为1.5×60＋10.9＝100.9，则周期T ＝100.950s ＝2.018 s.随堂演练1.B 【解析】 本题考察实验器材的选取，由于便于实验操作，通常选1m 长的细绳．2.ABC 【解析】 单摆的最大偏角应不大于5°，摆长等于长加上小球半径，而小球半径需要用卡尺测量；测量周期时，应从最低点计时，故ABC 错．3.(1)秒表 (2)T 2 (3)0.2n0.2mm 0(4)7.94 【解析】 (1)要测量出全振的时间，故还需要秒表(2)由数据表中的数据可知T 2与n 成正比 (3)由T 2n 图线可得T 2＝0.2n ，即T ＝0.2n ，每个螺帽的质量为m 0时，T 2＝0.2n ＝0.2mm 0，即T ＝0.2mm 0(4)由T ＝0.2m m 0， m ＝T 20.2·m 0＝5×1.262m 0＝7.94m 0第3题图4.(1)乙 (2)2t 0 变大 变大【解析】 (1)应将待测物体正确地放在测脚中如乙图；(2)单摆1个周期遮光两次；单摆周期与小球质量、大小无关，但若改用直径变为原小球直径的2倍，周期变大，但遮光时间Δt 变大．5.(1)BD (2)a (3)30 9.86 【解析】 (1)本实验需要使用秒表测量单摆振动的周期，还需要使用毫米刻度尺测量筒下端口到摆球球心之间的距离l ，所以，本题答案为BD. (2)根据单摆的周期公式T ＝2πl g ，可得T 2l ＝4π2g＝k(常数)，可见，在理论上T 2与摆长l 成正比，其T 2－l 图象如图乙中实线b 所示；又因为Δ（T 2）Δl ＝Δ（kl ）Δl ＝k(常数)，所以，即使l 不是摆长，而是筒下端口到摆球球心之间的距离，根据所得数据得到的T 2－l 图线的斜率是不变的；因为本实验的记录数据中，与周期T 相对于的摆长l 比实际摆长偏小，据此可知，实验得到T 2－l 图象应该是图线a. (3)根据T 2l ＝4π2g ＝k 可得g ＝4π2k，而图线a 的斜率k ＝1.2s 20.3m ＝4s 2/m ，所以，当地重力加速度g ＝π2＝9.86m/s 2，根据图线a 可知，当l ＝0时，实际摆长为小筒的深度h ，此时，T 2＝1.2s 2，根据T ＝2πhg，代入数据，可得h ＝30cm.。
高考一轮复习课件：125实验：探究单摆周期与摆长关系测重力加速度
根据已知的摆长，利用单摆周期公式计算重力加速度
将测得的周期和已知的摆长代入公式T=2π√(L/g)，解出重力加速度g的值。
03
实验步骤
准备实验器材
实验器材：单摆装置、秒表、测量尺、游标卡尺、天平、 铁架台、细线和重物。
实验器材的准备是实验的基础，确保所有器材完好无损， 并按照实验要求进行选择和测量。
该公式描述了单摆周期与摆长和重力加速度之间的关系，是 本实验的理论基础。
摆长和重力加速度对周期的影响
摆长L对周期的影响
摆长越长，单摆的周期越大；反之，摆长越短，周期越小。
重力加速度g对周期的影响
重力加速度越大，单摆的周期越小；反之，重力加速度越小，周期越大。
利用周期公式测量重力加速度的方法
测量单摆的周期
04
实验结果与讨论
实验结果展示
实验数据 摆长（L）=0.5m，周期（T）=2.0s，重力加速度（g）=9.81m/s^2
摆长（L）=1.0m，周期（T）=2.0s，重力加速度（g）=9.81m/s^2
实验结果展示
• 摆长（L）=1.5m，周期（T）=2.4s，重 力加速度（g）=9.81m/s^2
安装和调试单摆
01
将单摆装置固定在铁架 台上，确保摆线垂直且 稳定。
02
使用游标卡尺测量摆线 的长度，并确保摆长符 合实验要求。
03
将重物悬挂于摆线下端 ，调整重物的位置，使 摆球处于平衡状态。
04
检查单摆的安装和调试 ，确保其处于良好的工 作状态。
进行实验并记录数据
启动秒表，记录摆球从平衡位置 开始摆动一周所用的时间，即单
摆的周期。
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实验：探究单摆周期与摆长的关系
一、教学目标
1、知识与技能：
（1）探究摆长对单摆周期的影响及其定量关系
（2）理解单摆周期与摆长的定量关系
（3）学会借助计算机处理实验数据
2、过程和方法：
体验用计算机辅助系统进行科学探究的过程，学会科学探究的基本思想和基本方法
3、情感、态度和价值观：科学研究的浓厚兴趣，培养科学探究能力，培养团队合作精神
二、教学重点与难点
重点：实验探究单摆周期与摆长的定量关系
难点：精确测量摆长
三、教学过程
（一）情景导入，提出问题
复习单摆理想模型，分析描述单摆作简谐振动的条件。
（二）观察实验，做出猜测
1.两摆的振幅不同
2.两摆的质量不同
3.两摆的摆长不同
（三）设计方案与讨论
1：利用米尺和游标卡尺分别测量出细线长度和小球的半径，算出摆长。
2；让单摆做简谐运动，用秒表测出振动周期。
（课件出示注意事项）
四、教学结构
注意事项
1.为减小误差，测量时间时从摆球经过平衡位置计时，此处摆球速度最大，计时误差相对较小。
2.为提高测量准确度，采取叠加测量，即测量30个周期时间，再除以次数，也可减小测量误差。
（四）学生实验，教师辅导
每个小组改变摆长测量10组摆长和周期的数据。
（直接记录到电脑的Excel表格中）学生进行实验，老师辅导，约10分钟
（五）实验总结，数据分析
1、原始数据定性分析大致规律
学生观察采集到的原始数据，根据数据定性分析。
学生观察采集的数据，可以从数据中看到：随着摆长逐渐减小，单摆的周期也在逐渐减
小。
2、作图并拟合曲线分析定量关系
从数据的变化我们已经可以看出，摆长的确是影响单摆周期的因素之一，而且他们的大致关系是摆长越小周期也越小。
excell 中，提供了对表格数据的绘图功能，利用这个功能，可以用计算机快捷地把原始数据绘制成图象。
学生活动:在计算机上画出图象，用各种函数进行拟合一次函数、二次函数、三次函数、平
方根函数、三次方根函数等，观察哪条函数图线拟合得最好。
学生观察结果：平方根函数拟合得最好。
3、转化参量提高定量分析精度
师：曲线的拟合程度高低看起来还不是非常直观，最好能把图线转化成直线，这样更能说明
问题。
可以把周期的数据平方，当然也可以选择把摆长的数据开平方根，都可以更加精确地证明我们的猜想。
而且利用软件提供的功能，可以非常快捷地完成这个过程。
学生活动，分两大组分别用两种方法处理数据，重新绘制图线。
4、找到规律总结思想方法
学生分析：从重新绘制的拟合图线中可以看出，将周期平方或者将摆长开平方根以后得到的
拟合图线与正比例函数拟合得非常好，从而表示出了周期与摆长的定量关系，那就是L T ∝2，或L T ∝。
（六）讨论摆长与其他因素的关系
1、设计实验讨论细节
提出问题：
问题一：通过实验研究了单摆周期与摆长之间的关系，而之前猜测的影响周期的因素除了摆
长以外，还有摆球质量、振幅等等，也可以用控制变量法来研究，如何做呢？
问题二：改变单摆的振幅时，单摆振幅的可取范围比较小，因为单摆作简谐振动的条件是摆
角小于五度，大家有没有对这个限制条件产生过怀疑？如果摆角大于五度会发生什么事情呢？
2、学生分组实验
学生分成三大组，1、2、3、4组研究摆球质量不同的单摆，5、6、7、8组研究摆角小于5度时不同振幅的单摆，9、10、11、12组研究摆角大于五度时单摆的周期，教师作指导，时间大约5分钟。
3、交流实验结果
●当摆长一定，振幅一定的情况下，摆球质量不同的单摆，周期相同，因此，单摆的周期
应该与摆球质量无关。
●当摆长一定，摆球质量一定时，小于5度情况下，振幅发生变化，单摆的周期不变。
●数据显示摆角大于五度时，只要摆角在30度以内，不同摆角时单摆周期的变化不超过
0.1秒，我们认为在大多数对精度要求不是非常高的情况下我们还是可以近似认为单摆
的周期是不变的，摆角超过30度以后，单摆的周期变化就非常大了，可以从数据中看出摆角越大，周期越大。
4、结论：单摆具有等时性
（七）布置作业
设计方案研究一下重力加速度对单摆周期的影响。