2024年高考物理一輪總復(fù)習(xí)第八章機(jī)械振動與機(jī)械波實(shí)驗(yàn)九用單擺測量重力加速度的大形件

實(shí)驗(yàn)九用單擺測量重力加速度的大小【素養(yǎng)目標(biāo)】

1.知道利用單擺測量重力加速度的原理.2.掌握利用單擺測量重力加速度的方法．

必備知識·自主落實(shí)關(guān)鍵能力·精準(zhǔn)突破必備知識·自主落實(shí)一、實(shí)驗(yàn)思路與操作裝置圖和思路操作要領(lǐng)

三、注意事項(xiàng)1．懸線頂端不能晃動，需用夾子夾住，保證懸點(diǎn)固定．2．單擺必須在同一平面內(nèi)振動，且擺角小于5°.3．選擇在擺球擺到平衡位置處時開始計時，并數(shù)準(zhǔn)全振動的次數(shù)．4．應(yīng)在小球自然下垂時用毫米刻度尺測量懸線長．5．一般選用一米左右的細(xì)線．關(guān)鍵能力·精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1實(shí)驗(yàn)課中，同學(xué)們用單擺測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，?shí)驗(yàn)裝置如圖1所示．(1)實(shí)驗(yàn)過程中有兩組同學(xué)分別用了圖2、圖3的兩種不同方式懸掛小鋼球，你認(rèn)為________(選填“圖2”或“圖3”)懸掛方式較好．(2)在實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用主尺最小分度為1mm，游標(biāo)尺上有20個分度的游標(biāo)卡尺測量金屬球的直徑，結(jié)果如圖4所示，讀出小球直徑為________cm.圖32.240解析：(1)圖2所示的懸點(diǎn)在擺球擺動過程中會發(fā)生松動，使擺長發(fā)生變化，造成比較大的誤差，圖3所示的懸點(diǎn)相對圖2牢固許多，擺長在誤差允許范圍內(nèi)可視為不變，故選圖3.(2)小球直徑為d＝22mm＋8×0.05mm＝22.40mm＝2.240cm(3)實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)測量5種不同擺長與單擺的振動周期的對應(yīng)情況，并將記錄的結(jié)果描繪在如圖5所示的坐標(biāo)系中，圖中各坐標(biāo)點(diǎn)分別對應(yīng)實(shí)驗(yàn)中5種不同擺長的情況．畫出該同學(xué)記錄的T2

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L圖線．由圖像可知重力加速度g＝________m/s2.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)9.86剔除掉誤差相對比較大的點(diǎn)4，將剩余的點(diǎn)用一條直線擬合，如圖所示．

(4)實(shí)驗(yàn)中，三位同學(xué)作出的T2

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L圖線分別如圖6中的a、b、c所示，其中a和b平行，b和c都過原點(diǎn)，圖線b對應(yīng)的g值最接近當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹担畡t相對于圖線a和c，下列分析正確的是________(填選項(xiàng)前的字母)．A．出現(xiàn)圖線a的原因可能是誤將懸點(diǎn)到小球下端的距離記為擺長LB．出現(xiàn)圖線c的原因可能是誤將49次全振動記為50次C．圖線c對應(yīng)的g值小于圖線b對應(yīng)的g值B解析：圖線a有縱截距，即L為零時T不為零，說明所測擺長相對實(shí)際值偏小，而誤將懸點(diǎn)到小球下端的距離記為擺長L會造成所測擺長較實(shí)際值偏大，故A錯誤；由前面分析可知圖像斜率k與g成反比，所以圖線c的斜率小于圖線b的斜率說明圖線c對應(yīng)的g值大于圖線b對應(yīng)的g值，而誤將49次全振動記為50次，導(dǎo)致所測周期較實(shí)際值偏小，則所測g值應(yīng)較實(shí)際值偏大，所以出現(xiàn)圖線c的原因可能是誤將49次全振動記為50次，故B正確，C錯誤．針

對

訓(xùn)

練1.[2023·山東濱州模擬]某同學(xué)在“用單擺測重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了如下的操作：(1)用游標(biāo)上有10個小格的游標(biāo)卡尺測量擺球直徑如圖甲所示，擺球直徑為________cm.把擺球用細(xì)線懸掛在鐵架臺上，測量擺線長，通過計算得到擺長L.2.06解析：由圖示游標(biāo)卡尺可知，其示數(shù)為：20mm＋0.1mm×6＝20.6mm＝2.06cm.(2)用秒表測量單擺的周期．當(dāng)單擺擺動穩(wěn)定且到達(dá)最低點(diǎn)時開始計時并記為n＝0，單擺每經(jīng)過最低點(diǎn)記一次數(shù)，當(dāng)數(shù)到n＝60時秒表的示數(shù)如圖乙所示，該單擺的周期T＝________s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)．2.24

C

(4)該小組的另一同學(xué)沒有使用游標(biāo)卡尺也測出了重力加速度．他采用的方法是：先測出一擺線較長的單擺的振動周期T1，然后把擺線縮短適當(dāng)?shù)拈L度ΔL，再測出其振動周期T2，用該同學(xué)測出的物理量表示重力加速度為g＝____________．

考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例2在探究單擺運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)中：(1)圖(a)是用力傳感器對單擺振動過程進(jìn)行測量的裝置圖，圖(b)是與力傳感器連接的計算機(jī)屏幕所顯示的F

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t圖像，根據(jù)圖(b)的信息可得，從t＝0時刻開始擺球第一次擺到最低點(diǎn)的時刻為________s，擺長為________m(取π2＝10，重力加速度大小g取10m/s2)．0.50.64

(2)單擺振動的回復(fù)力是________．A．?dāng)[球所受的重力B．?dāng)[球重力在垂直擺線方向上的分力C．?dāng)[線對擺球的拉力D．?dāng)[球所受重力和擺線對擺球拉力的合力B解析：單擺振動的回復(fù)力是擺球重力在垂直擺線方向上的分力，而擺球所受重力在擺線方向上的分力和擺線對擺球拉力的合力在徑向上提供向心力，選項(xiàng)B正確．(3)某同學(xué)的操作步驟如下，其中正確的是______．A．取一根細(xì)線，下端系住直徑為d的金屬小球，上端固定在鐵架臺上B．用米尺量得細(xì)線長度為l，測得擺長為lC．在擺線偏離豎直方向小于5°位置靜止釋放小球D.讓小球在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，測得擺動周期，再根據(jù)公式計算重力加速度

AC[創(chuàng)新點(diǎn)分析]實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟蛔?，?chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置，將力學(xué)傳感器引入該實(shí)驗(yàn)，利用顯示器顯示的F

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t圖像直接讀取力變化的周期，從而獲取單擺的振動周期，減少計算，提高實(shí)驗(yàn)效率的同時也減小了誤差．針

對

訓(xùn)

練2.[2023·泰安高三模擬](1)在“探究單擺周期與擺長的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，兩位同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量小球的直徑的操作如圖甲、乙所示．測量方法正確的是________(選填“甲”或“乙”)．乙解析：游標(biāo)卡尺應(yīng)該用兩外測量爪對齊的地方測量，正確的是圖乙．(2)實(shí)驗(yàn)時，若擺球在垂直紙面的平面內(nèi)擺動，為了將人工記錄振動次數(shù)改為自動記錄振動次數(shù)，在擺球運(yùn)動的最低點(diǎn)的左、右兩側(cè)分別放置一激光光源與光敏電阻，如圖丙所示．光敏電阻與某一自動記錄儀相連，該儀器顯示的光敏電阻阻值R隨時間t的變化圖線如圖丁所示，則該單擺的周期為________．若保持懸點(diǎn)到小球頂點(diǎn)的繩長不變，改用直徑是原小球直徑2倍的另一小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則該單擺的周期將________(選填“變大”“