2019年度高考物理一輪復(fù)習(xí)第十四章機械振動與機械波光電磁波與相對論實驗十四探究單擺的擺

1、3實驗十四 探究單擺的擺長與周期的關(guān)系過好雙基關(guān)過好雙基關(guān)回扣越礎(chǔ)抽識訓(xùn)煉攤礎(chǔ)趣目t基本實驗要求1.實驗原理（4）把單擺從平衡位置處拉開一個很小的角度（不超過 5 ），然后放開金屬小球，讓金屬小球擺動，待擺動平穩(wěn)后測出單擺完成3050 次全振動所用的時間t，計算出金屬小球完成一次全振動所用時間， 這個時間就是單擺的振動周期，即T=NN為全振動的次數(shù)），反復(fù)測T1+T2+T33 次，再算出周期的平均值T=當(dāng)偏角很小時，單擺做簡諧運動，其運動周期為T=2n量無關(guān)，由此得到424nlg=專L.因此，只要測出擺長I和振動周期T,就可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的值.2.實驗器材帶有鐵夾的鐵架臺、中心有小孔

2、的金屬小球、不易伸長的細(xì)線（約 1 m）、秒表、毫米刻度尺和游標(biāo)卡尺.3.實驗步驟（1）讓細(xì)線的一端穿過金屬小球的小孔，然后打一個比小孔大一些的線結(jié)，做成單擺把細(xì)線的上端用鐵夾固定在鐵架臺上，把鐵架臺放在實驗桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，1 所示.，即得出金屬小球半徑它與偏角的大小及擺球的質(zhì)2l4nl根據(jù)單擺周期公式T= 2n、,g,計算當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=T2.(6)改變擺長，重做幾次實驗，計算出每次實驗的重力加速度值，求出它們的平均值，該平 均值即為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎祵y得的重力加速度值與當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎迪啾容^，分析產(chǎn)生誤差的可能原因廠規(guī)律方法總結(jié)1.注意事項(1) 構(gòu)成單擺的條件：細(xì)線的質(zhì)

3、量要小、彈性要小，選用體積小、密度大的小也擺角不超過 5.(2) 要使擺球在同一豎直面內(nèi)擺動，不能形成圓錐擺，方法是將擺球拉到一定位置后由靜止 釋放.(3)測周期的方法： 要從擺球過平衡位置時開始計時.因為此處速度大、計時誤差小，而最高點速度小、計時誤差大要測多次全振動的時間來計算周期如在擺球過平衡位置時開始計時，且在數(shù)“零”的同時按下秒表，以后每當(dāng)擺球從同一方向通過平衡位置時計數(shù)1 次(4)本實驗可以采用圖象法來處理數(shù)據(jù) .即用縱軸表示擺長I，用橫軸表示T2,將實驗所得數(shù)據(jù)在坐標(biāo)平面上標(biāo)出，應(yīng)該得到一條傾斜直線，直線的斜率k=g2.這是在眾多的實驗中經(jīng)4nt(1)公式法：測出 30 次或 5

4、0 次全振動的時間t，利用T=尺求出周期；不改變擺長，反復(fù)測1 F4n2|量三次，算出三次測得的周期的平均值T，然后利用公式g=求重力加速度圖象法：由單擺周期公式不難推出：I= 壯T2,因此，分別測出一系列擺長I對應(yīng)的周4n期T,作IT2的圖象，圖象應(yīng)是一條通過原點的直線，如圖 2 所示，求出圖線的斜率k= 泮,即可利用g= 4n2k求重力加速度常采用的科學(xué)處理數(shù)據(jù)的重要方法2.數(shù)據(jù)處理處理數(shù)據(jù)有兩種方法:33.誤差分析(1)系統(tǒng)誤差的主要來源：懸點不固定，球、線不符合要求，振動是圓錐擺而不是在同一豎 直平面內(nèi)的振動等(2)偶然誤差主要來自時間的測量，因此，要從擺球通過平衡位置時開始計時，不能

5、多計或 漏計全振動次數(shù)研透命題點研透命題點- 堀硏考絢和宜飽 分?jǐn)赝黄泼i點-命題點一教材原型實驗.-基礎(chǔ)考點自主悟透【例 1】某同學(xué)用實驗的方法探究影響單擺周期的因素(1)他組裝單擺時，在擺線上端的懸點處，用一塊開有狹縫的橡皮夾牢擺線，再用鐵架臺的鐵夾將橡皮夾緊，如圖3 所示，這樣做的目的是 _ (填字母代號).圖 3A. 保證擺動過程中擺長不變B. 可使周期測量更加準(zhǔn)確C. 需要改變擺長時便于調(diào)節(jié)D. 保證擺球在同一豎直平面內(nèi)擺動(2)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量到擺球的最低端的長度L= 0.999 0 m 再用游標(biāo)卡尺測量擺球直徑，結(jié)果如圖 4 所示，則該擺

6、球的直徑為 _mm單擺擺長為_m.主尺cm1 1 1 1 B 1 J 11 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1| 1 1 1 r | 1 1 1 0游必1圖 4(3)下列振動圖象真實地描述了對擺長約為1 m 的單圖 24擺進行周期測量的四種操作過程.圖中橫坐標(biāo)原點表示計時開始，AB、C 均為 30 次全振動的圖象，已知sin 5= 0.087 , sin 15=0.26，這四種操作過程合乎實驗要求且誤差最小的是 _(填字母代號).5答案(1)AC(2)12.00.993 0(3)A解析(1)橡皮的作用是使擺線擺動過程中懸點位置不變，從而保證擺長不變，同時又便于 調(diào)節(jié)擺長，A、C 正確;根

7、據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則可得擺球直徑為d= 12 mrn0.1 mmx0= 12.0 mm,則單擺擺長為Lo=L-2= 0.993 0 m(注意統(tǒng)一單位);(3)單擺擺角不超過5,且計時位置應(yīng)從最低點(即速度最大位置)開始，故 A 項的操作符合要求【變式 1】某同學(xué)用單擺測當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?他測出了擺線長度L和擺動周期T,如圖 5(a)*所示.通過改變懸線長度L,測出對應(yīng)的擺動周期T,獲得多組T與L,再以T2為縱軸、L為橫軸畫出函數(shù)關(guān)系圖象如圖(b) 所示.由圖象可知，擺球的半徑r=_m 當(dāng)?shù)刂亓?Im/s ;由此種方法得到的重力加速度值與實際的重力加速度值相比會-能力考點師生共硏【例2(2015

8、 天津理綜 9(2)某同學(xué)利用單擺測量重力加速度 (1)為了使測量誤差盡量小，下列說法正確的是A.組裝單擺須選用密度和直徑都較小的擺球B.組裝單擺須選用輕且不易伸長的細(xì)線速度g=命題點二實驗拓展與創(chuàng)新6C. 實驗時須使擺球在同一豎直面內(nèi)擺動D. 擺長一定的情況下，擺的振幅盡量大7(2)如圖 6 所示，在物理支架的豎直立柱上固定有擺長約1 m 的單擺.實驗時，由于僅有量程為 20 cm、精度為 1 mm 的鋼板刻度尺，于是他先使擺球自然下垂，在豎直立柱上與擺球最 下端處于同一水平面的位置做一標(biāo)記點，測出單擺的周期Ti;然后保持懸點位置不變，設(shè)法將擺長縮短一些，再次使擺球自然下垂，用同樣方法在豎直

9、立柱上做另一標(biāo)記點，并測出單擺的周期T2；最后用鋼板刻度尺量出豎直立柱上兩標(biāo)記點之間的距離L.用上述測量結(jié)果，寫出重力加速度的表達(dá)式g=_解析(1)在利用單擺測重力加速度實驗中，為了使測量誤差盡量小，須選用密度大、半徑 小的擺球和不易伸長的細(xì)線，擺球須在同一豎直面內(nèi)擺動，擺長一定時，振幅盡量小些，以 使其滿足簡諧運動條件，故選 B C.設(shè)第一次擺長為L,第二次擺長為L-AL,則Ti= 2n:彳T2= 2nL，聯(lián)立解得g= 【變式 2 為了研究滑塊的運動，選用滑塊、鉤碼、紙帶、毫米刻度尺、帶滑輪的木板以及由漏斗和細(xì)線構(gòu)成的單擺等組成如圖 7 甲所示裝置，實驗中，滑塊在鉤碼作用下拖動紙帶做 勻加速直線運動，同時讓單擺垂直于紙帶運動方向做小擺幅擺動， 漏斗可以漏出很細(xì)的有色 液體，在紙帶上留下的痕跡記錄了漏斗在不同時刻的位置，如圖乙所示(1)漏斗和細(xì)線構(gòu)成的單擺在該實驗中所起的作用與下列哪個儀器相同？_(填寫儀答案(1)BC4n2ALTi2-Ta鉤碼屮乙8器序號).9A.打點計時器B.秒表 C.毫米刻度尺 D.電流表已知單擺周期T= 2 s,在圖乙中AB=24.10 cmBG=27.90 cmCD=31.90 cmDE=36.10 cm 則單擺在經(jīng)過D點時，滑塊的瞬時速度為VD=_ m/s，滑塊的加速度為a=_m/s2（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）.答案（1）A（2）0.34 0.0