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    新高考物理一轮复习实验重难点专题实验15 用单摆测量重力加速度的大小(含解析)

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    新高考物理一轮复习实验重难点专题实验15 用单摆测量重力加速度的大小(含解析)

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    这是一份新高考物理一轮复习实验重难点专题实验15 用单摆测量重力加速度的大小(含解析),共14页。试卷主要包含了5     0等内容,欢迎下载使用。
    实验15 用单摆测量重力加速度的大小1.知道利用单摆测量重力加速度的原理.2.掌握利用单摆测量重力加速度的方法.1.实验原理当摆角较小时,单摆做简谐运动,其运动周期为T,由此得到g,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.实验器材单摆,游标卡尺,毫米刻度尺,停表.3.实验过程(1)让细线的一端穿过金属小球的小孔,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,如图所示.(3)用毫米刻度尺量出摆线长度l,用游标卡尺测出金属小球的直径,即得出金属小球半径r,计算出摆长llr.(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3050次全振动所用的时间t,计算出单摆的振动周期T.(5)根据单摆周期公式,计算当地的重力加速度.(6)改变摆长,重做几次实验.4.数据处理(1)公式法:利用T求出周期,算出三次测得的周期的平均值,然后利用公式g求重力加速度.(2)图像法:根据测出的一系列摆长l对应的周期T,作lT2的图像,由单摆周期公式得lT2,图像应是一条过原点的直线,如图所示,求出图线的斜率k,即可利用g2k求重力加速度.5.注意事项(1)悬线顶端不能晃动,需用夹子夹住,保证悬点固定.(2)单摆必须在同一平面内振动,且摆角小于5°.(3)选择在摆球摆到平衡位置处时开始计时,并数准全振动的次数.(4)应在小球自然下垂时用毫米刻度尺测量悬线长.(5)一般选用一米左右的细线.典例12022·全国·高三课时练习)在探究单摆运动的实验中:1)图(a)是用力传感器对单摆运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图像,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___________s,摆长为___________m(取π2=10,重力加速度大小g=10 m/s2);2)单摆运动的回复力是___________A.摆球所受的重力B.摆球重力在垂直摆线方向上的分力C.摆线对摆球的拉力D.摆球所受重力和摆线对摆球拉力的合力3)某同学的操作步骤如下,其中正确的是___________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,即摆长为lC.在摆线偏离竖直方向位置由静止释放小球【答案】     0.5     0.64     B     AC【解析】(1[1]摆球第一次摆到最低点时,力传感器显示的力最大,根据题图(b)的信息可得,所对应的时刻为t=0.5 s[2]根据题图(b)的信息可得,单摆周期T=1.6 s由单摆周期公式解得摆长为l=0.64 m2[3]单摆运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,故B正确。故选B3[4] 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,故A正确;B.测得摆长应为B错误;C.在摆线偏离竖直方向位置释放小球,以便小球做简谐运动,故C正确。故选AC典例22022·北京大兴精华学校三模)用单摆测量重力加速度的实验中:1)下面叙述正确的是______(选填选项前的字母)。A1m30cm长度不同的同种细线,选用1m的细线做摆线B.直径为1.8cm的塑料球和铁球,选用铁球做摆球C.如图ABC,摆线上端的三种悬挂方式,选A方式悬挂D.当单摆经过平衡位置时开始计时,50次经过平衡位置后停止计时,用此时间除以50作为单摆振动的周期A B C2)利用图甲的方式测量摆长l,图中示数为______cm3)若测出单摆的周期T、摆线长l、摆球直径d,则当地的重力加速度g=______(用测出的物理量表示)。4)某同学用一个铁锁代替小球做实验。只改变摆线的长度,测量了摆线长度分别为l1l2时单摆的周期T1T2,则可得重力加速度g=______(用测出的物理量表示)。5)另一位同学在利用图甲获得摆长l时,每次都在小球最低点b取数,然后测量了多组实验数据做出了T2-l图像,那么他最有可能得到的图像是______A B       C       D6)在一个实验小组中,得到的T2-l图像是一条倾斜直线。小组成员小牛同学算出图像斜率k,利用,求出g;小爱同学量出直线与横轴l之间的夹角θ,然后利用,求出g。请问两位同学的处理方案,哪一位更合理______,并说明另一位同学方案的不合理原因。______【答案】     AB##BA     91.6091.50-91.70               C     小牛     小爱同学用 求斜率是错误的。因为在T2-l图像中,横轴和纵轴的单位长度不一定相同,所以小爱同学方案不合理。【解析】(1[1] A1m30cm长度不同的同种细线,选用1m的细线做摆线,A正确;B.直径为1.8cm的塑料球和铁球,选用铁球做摆球,B正确;C.如图ABC,摆线上端的三种悬挂方式,为了使摆长不变,选C方式悬挂,C错误;D.当单摆经过平衡位置时开始计时,50次经过平衡位置后停止计时,相邻两次经过平衡位置的时间是半个周期,正确的方法是用此时间除以25作为单摆振动的周期,D错误。故选AB2[2]利用图甲的方式测量摆长l,图中示数为91.60cm3[3]根据单摆的周期公式解得4[4]设摆线下端到锁的重心的距离为x,根据单摆的周期公式得解得5[5]设球半径为r,根据单摆的周期公式得解得 他最有可能得到的图像是C6[6]小牛同学的方案更合理;[7]小爱同学用 求斜率是错误的。因为在T2-l图像中,横轴和纵轴的单位长度不一定相同,所以小爱同学方案不合理。典例32022·内蒙古·海拉尔第二中学模拟预测)某同学做用单摆测定重力加速度的实验时:1)如果他测得的g值偏小,可能的原因是_______A.摆线上端未牢固地系于悬点,振动中出现松动,使摆线长度增加了,使周期变大B.开始计时时,秒表过迟按下C.实验中误将49次全振动数次数记为502)为了提高实验精度,在实验中可改变几次摆长l并测出相应的周期T,从而得出一组对应的l的数据如图1所示,再以l为横坐标,T2为纵坐标将所得数据连成直线,并求得该直线的斜率为k,则重力加速度g=_______。(用k表示)3)同学还利用计算机绘制了ab两个摆球的振动图像(如图2),由图可知,两单摆摆长之比_______。在t=1s时,b球振动的方向是_______【答案】     A               y轴负方向【解析】(1[1]A.由单摆的周期公式可得摆线上端未牢固地系于悬点,摆动中出现松动,使摆线长度增加了,使周期变大了,导致测得的重力加速度偏小,故A正确;B.开始计时时,秒表过迟按下,导致测量时间偏短,周期偏小,测得的重力加速度偏大,故B错误;C.实验中误将49次全振动数次数记为50次,导致周期偏小,测得的重力加速度偏大,故C错误。故选A2[2]由单摆的周期公式可得图线的斜率可解得3[3]由图可知,两单摆的周期之比由周期公式可得摆长之比[4]t=1s时,由振动图象的特点可知,b球振动的方向沿y轴负方向。典例42022·福建·模拟预测)某同学利用单摆测定当地的重力加速度。1)实验室有多种足够长的细线可用来制作单摆,由于材质不同,这些线的质量、弹性各不相同,为更好的完成实验,该同学应选择怎样的线材?请分析说明。_____________________2)该同学经测量得到6组摆长L和对应的周期T,画出L-T2图线,然后在图线上选取AB两个点,坐标如图丙所示。则当地重力加速度的表达式g=________。处理完数据后,该同学发现在计算摆长时用的是摆线长度而未计入小球的半径,这样________(选填影响不影响)重力加速度的计算。3)该同学在实验时有以下操作:A.摆线偏离竖直方向的最大摆角小于B.当小球通过平衡位置时开始计时C.摆球未在竖直面内摆动,摆成了圆锥摆D.计时开始后测得摆球第n次经过平衡位置所用的时间t,记录单摆的周期为T=2t/n以上操作你认为_______存在问题,试分析说明该操作对测量结果有何影响_________________【答案】     摆线应选无弹性的材质,分析见解析          不影响     C     见解析【解析】(1[1]实验中摆球摆动过程中摆长不能改变,所以摆线选用无弹性的材质。2[2]根据单摆的周期公式,可得整理可得L-T2图线斜率代表,有联立,可得[3]在计算摆长时用的是摆线长度而未计入小球的半径,L-T2图线斜率不变,这样不影响重力加速度的计算。3[4]摆球应在竖直平面内摆动,且从最低点开始计时,若测得n次经过最低点的时间为t,则周期为所以C选项的操作有问题。故ABD正确;C错误。故选C[5]该操作不方便测量周期T,另外其中,测量值偏小。典例52022·山东省实验中学模拟预测)用如图甲所示实验装置做用单摆测重力加速度的实验。1)为了减小测量误差,下列说法正确的是__________(选填字母代号);A.将钢球换成塑料球B.当摆球经过平衡位置时开始计时C.把摆球从平衡位置拉开一个很大的角度后释放D.记录一次全振动的时间作为周期,根据公式计算重力加速度g2)若测得的重力加速度g值偏小,可能的原因是__________(选填字母代号);A.把悬点到摆球下端的长度记为摆长B.把摆线的长度记为摆长C.摆线上端未牢固地系于悬点,在振动过程中出现松动D.实验中误将摆球经过平衡位置49次记为503)某同学利用质量分布不均匀的球体作摆球测定当地重力加速度,摆球的重心不在球心,但是在球心与悬点的连线上。他仍将从悬点到球心的距离当作摆长L,通过改变摆线的长度,测得6L和对应的周期T,画出图线如图乙所示,然后在图线上选取AB两个点,坐标分别为如图所示。由图可计算出重力加速度g=_______【答案】     B     BC##CB     【解析】(1[1]A.实验中为了减小阻力的影响,应选择密度大的材质小球,故A错误;B.为了减小测量误差,应从摆球经过平衡位置时开始计时,故B正确;C.小球做单摆运动应满足摆角小于,故C错误;D.应记录多次全振动的时间求出平均值作为周期,再根据公式计算重力加速度g,故D错误。故选B2[2]A.把悬点到摆球下端的长度记为摆长,则 偏大,由可知g偏大,故A不符合题意;B.把摆线的长度记为摆长,则 偏小,由可知g偏小,故B符合题意;C.摆线上端未牢固地系于悬点,在振动过程中出现松动,则实际摆长变大,计算所用的摆长偏小,则由可知g偏小,故C符合题意;D.实验中误将摆球经过平衡位置49次记为50次,则T偏小,由可知g偏大,故D不符合题意。故选BC3[3]若摆球重心在球心以上x处,则由图像可得解得典例62022·浙江·高三专题练习)1)在研究平抛运动的实验中,为了测量小球平抛运动的初速度,采用如图甲所示的实验装置。实验操作的主要步骤如下:a.将坐标纸用图钉固定在木板上,并将木板竖直固定;b.将斜槽安装在木板左端,调节斜槽末端轨道水平,同时将重锤线挂在水平轨道边缘;c.在斜槽上端一固定位置静止释放小球,同时记录抛出点位置O,记录重锤线方向;d.小球从O点飞出后,撞到与木板平面垂直的竖直挡条上。小球撞击挡条时,会在挡条上留下一个痕迹点。用铅笔将痕迹点的投影点记录在坐标纸上;e.向右移动竖直挡条,从斜槽上相同的位置无初速度释放小球,小球撞击挡条后,再次将挡条上痕迹点的投影点记录在坐标纸上,重复以上操作;f.取下白纸,描绘平抛运动轨迹,研究轨迹的性质,求出小球平抛运动的初速度大小。实验过程中,要建立直角坐标系。在下图中,坐标原点选择正确的是___________A       B       C       D关于这个实验,下列说法正确的是___________A.斜槽的末端一定要水平B.一定要使用秒表来测量平抛运动的时间C.竖直挡条每次向右移动距离一定要相等D.一定要记录抛出点的位置,才能求出小球的初速度某同学在实验中,只记下斜槽末端悬挂重锤线的方向,根据实验描绘出一段轨迹。如图乙所示,选取ABC三点,测得三点离重锤线的距离分别为,并测得AB两点间的高度差BC两点间的高度差,则小球平抛的初速度___________m/s,小球的半径R=___________cm2)某同学用单摆测量重力加速度。改变摆长,并多次测量周期和摆长的大小。仅由于摆长测量的误差,得到周期的平方与摆长的关系如图丙所示。下列说法正确的是___________A.图线不过原点的原因可能是仅记录摆线的长度作为摆长B.图线不过原点的原因可能是将摆线的长度加上小球的直径作为摆长C.由图像所得的重力加速度一定小于重力加速度的真实值D.由图像所得的重力加速度一定大于重力加速度的真实值【答案】     C     A     1.4     0.5     B【解析】①[1]实验过程中,要建立直角坐标系。因小球撞击竖直挡板时右侧先与挡板接触,则坐标原点选择小球右侧的位置,即正确的是C②[2]A.斜槽的末端一定要水平,以保证小球做平抛运动,选项A正确;B.根据可知,该实验不需要使用秒表来测量平抛运动的时间,选项B错误;C.竖直挡条每次向右移动距离不一定要相等,选项C错误;D.画出运动轨迹后可根据结合求解平抛的初速度,不一定要记录抛出点的位置,也能求出小球的初速度,选项D错误。故选A③[3]因为可知ABBC段的时间相等,设为T,则竖直方向解得T=0.1s则初速度[4]B点竖直方向解得tB=0.25sB点距离抛出点的水平距离则小球的半径     ④[5]根据可得 AB.图线不过原点在横轴上有截距,则原因可能是将摆线的长度加上小球的直径作为摆长,选项A错误,B正确;CD.图像虽然不过原点,但是不影响图像的斜率,即可知,由图象所得的重力加速度仍等于重力加速度的真实值,选项CD错误。故选B
     

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