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

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

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

必備知識(shí)·自主落實(shí)關(guān)鍵能力·精準(zhǔn)突破必備知識(shí)·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(dòng)，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(dòng)，且擺角小于5°.3．選擇在擺球擺到平衡位置處時(shí)開始計(jì)時(shí)，并數(shù)準(zhǔn)全振動(dòng)的次數(shù)．4．應(yīng)在小球自然下垂時(shí)用毫米刻度尺測(cè)量懸線長(zhǎng)．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(cè)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(gè)分度的游標(biāo)卡尺測(cè)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(dòng)過程中會(huì)發(fā)生松動(dòng)，使擺長(zhǎng)發(fā)生變化，造成比較大的誤差，圖3所示的懸點(diǎn)相對(duì)圖2牢固許多，擺長(zhǎng)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(cè)量5種不同擺長(zhǎng)與單擺的振動(dòng)周期的對(duì)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(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)中5種不同擺長(zhǎng)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(duì)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(duì)應(yīng)的g值最接近當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹担畡t相對(duì)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(zhǎng)LB．出現(xiàn)圖線c的原因可能是誤將49次全振動(dòng)記為50次C．圖線c對(duì)應(yīng)的g值小于圖線b對(duì)應(yīng)的g值B解析：圖線a有縱截距，即L為零時(shí)T不為零，說明所測(cè)擺長(zhǎng)相對(duì)實(shí)際值偏小，而誤將懸點(diǎn)到小球下端的距離記為擺長(zhǎng)L會(huì)造成所測(cè)擺長(zhǎng)較實(shí)際值偏大，故A錯(cuò)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(duì)應(yīng)的g值大于圖線b對(duì)應(yīng)的g值，而誤將49次全振動(dòng)記為50次，導(dǎo)致所測(cè)周期較實(shí)際值偏小，則所測(cè)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(dòng)記為50次，故B正確，C錯(cuò)誤．針

對(duì)

訓(xùn)

練1.[2023·山東濱州模擬]某同學(xué)在“用單擺測(cè)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(gè)小格的游標(biāo)卡尺測(cè)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(tái)上，測(cè)量擺線長(zhǎng)，通過計(jì)算得到擺長(zhǎng)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(cè)量單擺的周期．當(dāng)單擺擺動(dòng)穩(wěn)定且到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)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(shí)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(cè)出了重力加速度．他采用的方法是：先測(cè)出一擺線較長(zhǎng)的單擺的振動(dòng)周期T1，然后把擺線縮短適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度ΔL，再測(cè)出其振動(dòng)周期T2，用該同學(xué)測(cè)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(dòng)的實(shí)驗(yàn)中：(1)圖(a)是用力傳感器對(duì)單擺振動(dòng)過程進(jìn)行測(cè)量的裝置圖，圖(b)是與力傳感器連接的計(jì)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(shí)刻開始擺球第一次擺到最低點(diǎn)的時(shí)刻為________s，擺長(zhǎng)為________m(取π2＝10，重力加速度大小g取10m/s2)．0.50.64

(2)單擺振動(dòng)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(duì)擺球的拉力D．?dāng)[球所受重力和擺線對(duì)擺球拉力的合力B解析：?jiǎn)螖[振動(dòng)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(duì)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(tái)上B．用米尺量得細(xì)線長(zhǎng)度為l，測(cè)得擺長(zhǎng)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(dòng)，測(cè)得擺動(dòng)周期，再根據(jù)公式計(jì)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(dòng)周期，減少計(jì)算，提高實(shí)驗(yàn)效率的同時(shí)也減小了誤差．針

對(duì)

訓(xùn)

練2.[2023·泰安高三模擬](1)在“探究單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，兩位同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑的操作如圖甲、乙所示．測(cè)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(cè)量爪對(duì)齊的地方測(cè)量，正確的是圖乙．(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，若擺球在垂直紙面的平面內(nèi)擺動(dòng)，為了將人工記錄振動(dòng)次數(shù)改為自動(dòng)記錄振動(dòng)次數(shù)，在擺球運(yùn)動(dòng)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(dòng)記錄儀相連，該儀器顯示的光敏電阻阻值R隨時(shí)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(zhǎng)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”“