2021高考物理一輪復(fù)習(xí)第十四章振動(dòng)和波實(shí)驗(yàn)十四探究單擺的運(yùn)動(dòng)用單擺測(cè)定重力加速度課件魯科版

1、實(shí)驗(yàn)十四探究單擺的運(yùn)動(dòng)、用單擺測(cè)定重力實(shí)驗(yàn)十四探究單擺的運(yùn)動(dòng)、用單擺測(cè)定重力加速度加速度實(shí)驗(yàn)解讀實(shí)驗(yàn)解讀核心突破核心突破分類研析分類研析拓展提升拓展提升類型一類型一 常規(guī)實(shí)驗(yàn)常規(guī)實(shí)驗(yàn)例例1用單擺測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn)裝置如圖用單擺測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn)裝置如圖(甲甲)所示所示.(1)組裝單擺時(shí)組裝單擺時(shí),應(yīng)在下列器材中選用應(yīng)在下列器材中選用(選填選項(xiàng)前的字母選填選項(xiàng)前的字母).a.長度為長度為1m左右的細(xì)線左右的細(xì)線b.長度為長度為30cm左右的細(xì)線左右的細(xì)線c.直徑為直徑為1.8cm的塑料球的塑料球d.直徑為直徑為1.8cm的鐵球的鐵球(2)測(cè)出懸點(diǎn)測(cè)出懸點(diǎn)o到小球球心的距離到小球球心的距離(擺

2、長擺長)l及單擺完成及單擺完成n次全振動(dòng)所用的時(shí)間次全振動(dòng)所用的時(shí)間t,則則重力加速度重力加速度g=(用用l,n,t表示表示).(3)下表是某同學(xué)記錄的下表是某同學(xué)記錄的3組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并做了部分計(jì)算處理并做了部分計(jì)算處理.請(qǐng)計(jì)算出第請(qǐng)計(jì)算出第3組實(shí)驗(yàn)中的組實(shí)驗(yàn)中的t=s,g=m/s2.組次組次123擺長擺長l/cm80.0090.00100.0050次全振動(dòng)時(shí)間次全振動(dòng)時(shí)間t/s90.095.5100.5振動(dòng)周期振動(dòng)周期t/s1.801.91重力加速度重力加速度g/(ms-2)9.749.73(4)用多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出用多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出t2l圖象圖象,也可以求出重力加速度也可以求出重力

3、加速度g.已知三位同學(xué)作出已知三位同學(xué)作出的的t2l圖線的示意圖如圖圖線的示意圖如圖(乙乙)中的中的a,b,c所示所示,其中其中a和和b平行平行,b和和c都過原點(diǎn)都過原點(diǎn),圖線圖線b對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的g值最接近當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹抵底罱咏?dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹?則相對(duì)于圖線則相對(duì)于圖線b,下列分析正確的是下列分析正確的是(填選項(xiàng)前的字母填選項(xiàng)前的字母).a.出現(xiàn)圖線出現(xiàn)圖線a不過原點(diǎn)的原因可能是誤將懸點(diǎn)到小球下端的距離記為擺長不過原點(diǎn)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)圖線出現(xiàn)圖線c的原因可能是誤將的原因可能是誤將49次全振動(dòng)記為次全振動(dòng)記為50次次c.圖線圖線c對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的g值小于圖線

4、值小于圖線b對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的g值值例例2某同學(xué)在用單擺測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了如下的操作某同學(xué)在用單擺測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了如下的操作:(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球的直徑如圖用游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球的直徑如圖(甲甲)所示所示,可讀出擺球的直徑為可讀出擺球的直徑為cm.把擺球用細(xì)線懸掛在鐵架臺(tái)上把擺球用細(xì)線懸掛在鐵架臺(tái)上,測(cè)量擺線長測(cè)量擺線長,通過計(jì)算得到擺長通過計(jì)算得到擺長l.(4)每次改變擺長時(shí)總誤將擺線長當(dāng)作擺長每次改變擺長時(shí)總誤將擺線長當(dāng)作擺長,那么畫出的直線將不通過原點(diǎn)那么畫出的直線將不通過原點(diǎn),由由圖線斜率得到的重力加速度與原來相比圖線斜率得到的重力加速度與原來相比,其大小其大小.a.偏

5、大偏大b.偏小偏小c.不變不變d.都有可能都有可能答案答案:(1)2.06(2)2.29(3)c(4)c答案答案:(1)0.97(2)c2.在在“用單擺測(cè)定重力加速度用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)中:(1)擺動(dòng)時(shí)滿足的條件是偏角小于擺動(dòng)時(shí)滿足的條件是偏角小于5,為了減小測(cè)量周期的誤差為了減小測(cè)量周期的誤差,計(jì)時(shí)開始時(shí)計(jì)時(shí)開始時(shí),擺球應(yīng)是經(jīng)過最擺球應(yīng)是經(jīng)過最(選填選填“高高”或或“低低”)點(diǎn)的位置點(diǎn)的位置,且用停表測(cè)量單擺且用停表測(cè)量單擺完成多次全振動(dòng)所用的時(shí)間完成多次全振動(dòng)所用的時(shí)間,求出周期求出周期.圖圖(甲甲)中停表示數(shù)為一單擺全振動(dòng)中停表示數(shù)為一單擺全振動(dòng)50次所用的時(shí)間次所用的時(shí)

6、間,則單擺振動(dòng)周期為則單擺振動(dòng)周期為.(2)用最小刻度為用最小刻度為1mm的刻度尺測(cè)擺長的刻度尺測(cè)擺長,測(cè)量情況如圖測(cè)量情況如圖(乙乙)所示所示.o為懸掛點(diǎn)為懸掛點(diǎn),從從圖圖(乙乙)中可知單擺的擺長為中可知單擺的擺長為m.(3)若用若用l表示擺長表示擺長,t表示周期表示周期,那么重力加速度的表達(dá)式為那么重力加速度的表達(dá)式為g=.(4)考慮到單擺振動(dòng)時(shí)空氣浮力的影響后考慮到單擺振動(dòng)時(shí)空氣浮力的影響后,學(xué)生甲說學(xué)生甲說:“因?yàn)榭諝飧×εc擺球重因?yàn)榭諝飧×εc擺球重力方向相反力方向相反,它對(duì)球的作用相當(dāng)于重力加速度變小它對(duì)球的作用相當(dāng)于重力加速度變小,因此振動(dòng)周期變大因此振動(dòng)周期變大.”學(xué)生學(xué)生乙說乙

7、說:“浮力對(duì)擺球的影響好像用一個(gè)輕一些的擺球做實(shí)驗(yàn)浮力對(duì)擺球的影響好像用一個(gè)輕一些的擺球做實(shí)驗(yàn),因此振動(dòng)周期不因此振動(dòng)周期不變變”,這兩個(gè)學(xué)生中這兩個(gè)學(xué)生中.a.甲的說法正確甲的說法正確b.乙的說法正確乙的說法正確c.兩學(xué)生的說法都是錯(cuò)誤的兩學(xué)生的說法都是錯(cuò)誤的3.某同學(xué)用實(shí)驗(yàn)的方法探究影響單擺周期的因素某同學(xué)用實(shí)驗(yàn)的方法探究影響單擺周期的因素.(1)他組裝單擺時(shí)他組裝單擺時(shí),在擺線上端的懸點(diǎn)處在擺線上端的懸點(diǎn)處,用一塊開有狹縫的橡皮夾牢擺線用一塊開有狹縫的橡皮夾牢擺線,再用再用鐵架臺(tái)的鐵夾將橡皮夾緊鐵架臺(tái)的鐵夾將橡皮夾緊,如圖如圖(甲甲)所示所示.這樣做的目的是這樣做的目的是(填字母代填字母

8、代號(hào)號(hào)).a.保證擺動(dòng)過程中擺長不變保證擺動(dòng)過程中擺長不變b.可使周期測(cè)量得更加準(zhǔn)確可使周期測(cè)量得更加準(zhǔn)確c.需要改變擺長時(shí)便于調(diào)節(jié)需要改變擺長時(shí)便于調(diào)節(jié)d.保證擺球在同一豎直平面內(nèi)擺動(dòng)保證擺球在同一豎直平面內(nèi)擺動(dòng)(2)他組裝好單擺后在擺球自然懸垂的情況下他組裝好單擺后在擺球自然懸垂的情況下,用毫米刻度尺從懸點(diǎn)量到擺球用毫米刻度尺從懸點(diǎn)量到擺球的最低端的長度的最低端的長度l=0.9990m,再用游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球直徑再用游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球直徑,結(jié)果如圖結(jié)果如圖(乙乙)所示所示,則該擺球的直徑為則該擺球的直徑為mm,單擺擺長為單擺擺長為m.(3)下列振動(dòng)圖象真實(shí)地描述了對(duì)擺長約為下列振動(dòng)圖象真實(shí)地描

9、述了對(duì)擺長約為1m的單擺進(jìn)行周期測(cè)量的四種操的單擺進(jìn)行周期測(cè)量的四種操作過程作過程,圖中橫坐標(biāo)原點(diǎn)表示計(jì)時(shí)開始圖中橫坐標(biāo)原點(diǎn)表示計(jì)時(shí)開始,a,b,c均為均為30次全振動(dòng)的圖象次全振動(dòng)的圖象,已知已知sin5=0.087,sin15=0.26,這四種操作過程合乎實(shí)驗(yàn)要求且誤差最小的是這四種操作過程合乎實(shí)驗(yàn)要求且誤差最小的是(填字母代號(hào)填字母代號(hào)).答案答案:(1)ac(2)12.00.9930(3)a類型二類型二 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例例3甲、乙兩個(gè)學(xué)習(xí)小組分別利用單擺測(cè)量重力加速度甲、乙兩個(gè)學(xué)習(xí)小組分別利用單擺測(cè)量重力加速度.(1)甲組同學(xué)采用圖甲組同學(xué)采用圖(甲甲)所示的實(shí)驗(yàn)裝置所示的實(shí)驗(yàn)裝置.

10、在測(cè)量擺長后在測(cè)量擺長后,測(cè)量周期時(shí)測(cè)量周期時(shí),擺球振動(dòng)過程中懸點(diǎn)擺球振動(dòng)過程中懸點(diǎn)o處擺線的固定出現(xiàn)松動(dòng)處擺線的固定出現(xiàn)松動(dòng),擺長略微變長擺長略微變長,這將會(huì)導(dǎo)致所測(cè)重力加速度的數(shù)值這將會(huì)導(dǎo)致所測(cè)重力加速度的數(shù)值(選填選填“偏偏大大”“”“偏小偏小”或或“不變不變”).(2)乙組同學(xué)在圖乙組同學(xué)在圖(甲甲)所示裝置的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)速度傳感器所示裝置的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)速度傳感器,如圖如圖(丙丙)所示所示,將擺球拉開一小角度使其做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)將擺球拉開一小角度使其做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),速度傳感器記錄了擺球振動(dòng)過程中速速度傳感器記錄了擺球振動(dòng)過程中速度隨時(shí)間變化的關(guān)系度隨時(shí)間變化的關(guān)系,如圖如圖(丁丁)所示所

11、示.由圖由圖(丁丁)可知可知,該單擺的周期該單擺的周期t=s.更換擺線長度后更換擺線長度后,多次測(cè)量多次測(cè)量,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),利用計(jì)算機(jī)作出利用計(jì)算機(jī)作出t2l圖線圖線(l為擺為擺線長線長),并根據(jù)圖線擬合得到方程并根據(jù)圖線擬合得到方程t2=4.04l+0.024.由此可以得出當(dāng)?shù)氐闹亓佑纱丝梢缘贸霎?dāng)?shù)氐闹亓铀俣人俣萭=m/s2.(取取2=9.86,結(jié)果保留三位有效數(shù)字結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案答案:(1)c1.2偏小偏小(2)2.09.76例例4在在“利用單擺測(cè)重力加速度利用單擺測(cè)重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)中.(1)某同學(xué)嘗試用某同學(xué)嘗試用dis測(cè)量周期測(cè)量周期.如圖如圖,用一個(gè)磁性小球代替原先的擺球用一個(gè)磁性小球代替原先的擺球,在單擺在單擺下方放置一個(gè)磁傳感器下方放置一個(gè)磁傳感器,其軸線恰好位于單擺懸掛點(diǎn)正下方其軸線恰好位于單擺懸掛點(diǎn)正下方.圖中磁傳感器的圖中磁傳感器的引出端引出端a應(yīng)接到應(yīng)接到.使單擺做小角