2023年江蘇高考 物理大一輪復(fù)習(xí) 第十三章 實(shí)驗(yàn)十二　用單擺測量重力加速度的大小課件（43張PPT）

1、第十三章機(jī)械振動與機(jī)械波實(shí)驗(yàn)十二用單擺測量重力加速度 的大小目標(biāo)要求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.內(nèi)容索引實(shí)驗(yàn)技能儲備考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課時精練實(shí)驗(yàn)技能儲備1.實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)擺角較小時，單擺做簡諧運(yùn)動，其運(yùn)動周期為T ，由此得到g ，因此，只要測出 和 ，就可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的值.2.實(shí)驗(yàn)器材單擺， ，毫米刻度尺， .振動周期T擺長l游標(biāo)卡尺停表3.實(shí)驗(yàn)過程(1)讓細(xì)線的一端穿過金屬小球的小孔，做成單擺(2)把細(xì)線的上端用鐵夾固定在鐵架臺上，把鐵架臺放在實(shí)驗(yàn)桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，讓擺球自然下垂，在單擺平衡位置處做上標(biāo)記，如

2、圖所示.(3)用毫米刻度尺量出擺線長度l，用游標(biāo)卡尺測出金屬小球的直徑，即得出金屬小球半徑r，計算出擺長l .lr(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，計算出單擺的振動周期T.(5)根據(jù)單擺周期公式，計算當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?(6)改變擺長，重做幾次實(shí)驗(yàn).4.數(shù)據(jù)處理(2)圖像法：根據(jù)測出的一系列擺長l對應(yīng)的周期T，作lT2的圖像，由單擺周期公式得l T2，圖像應(yīng)是一條過原點(diǎn)的直線，如圖所示，求出圖線的斜率k，即可利用g 求重力加速度.42k5.注意事項(1)懸線頂端不能晃動，需用夾子夾住，保

3、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.考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)們用如圖所示的裝置做“用單擺測量重力加速度的大小”的實(shí)驗(yàn).(1)測出懸點(diǎn)O到小球球心的距離(擺長)l及單擺完成n次全振動所用的時間t，則重力加速度g_.(用l、n、t表示)(2)實(shí)驗(yàn)時除用到停表、刻度尺外，還應(yīng)該用到下列器材中的_.(填選項前的字母)A.長約1 m的細(xì)線B.長約1 m的橡皮繩C.直徑約1 cm的均勻鐵球D.直徑約10 cm的均勻木球AC為了便于測量

4、周期和減小空氣阻力，擺線選擇較細(xì)且結(jié)實(shí)、無彈性的線，故選A；為了減小空氣阻力的影響，擺球選擇質(zhì)量大體積小的，故選C.(3)選擇好器材，將符合實(shí)驗(yàn)要求的單擺懸掛在鐵架臺上，應(yīng)采用圖_中所示的固定方式.為了避免運(yùn)動過程中擺長發(fā)生變化，懸點(diǎn)要固定，不能松動，則選題圖乙.乙(4)某實(shí)驗(yàn)小組組裝單擺時，在擺線上端的懸點(diǎn)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，如圖所示，這樣做的目的是_.(填選項前的字母)A.保持?jǐn)[動過程中擺長不變B.可使周期測量得更加準(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)擺動這樣做的目的是便于調(diào)節(jié)擺長，把擺線夾得更緊一些，使擺動過程中擺長不變，因

5、此A、C正確.AC(5)他組裝好單擺后在擺球自然懸垂的情況下，用毫米刻度尺量得從懸點(diǎn)到擺球的最低端的長度L0.999 0 m，再用游標(biāo)卡尺測量擺球直徑，結(jié)果如圖所示，則該擺球的直徑為_ mm.擺球的直徑為d12.0 mm.12.0(6)將單擺正確懸掛后進(jìn)行如下操作，其中正確的是_.(填選項前的字母)A.測出擺線長作為單擺的擺長B.把單擺從平衡位置拉開一個很小的角度釋放，使之做 簡諧運(yùn)動C.在擺球經(jīng)過平衡位置時開始計時D.用停表測量擺球完成一次全振動所用時間并作為單擺的周期擺長等于擺線的長度加上擺球的半徑，A錯誤；將停表測量擺球完成一次全振動所用時間作為單擺的周期，誤差較大，應(yīng)采用累積法測量周期

6、，D錯誤.BC(7)甲同學(xué)多次改變單擺的擺長并測得相應(yīng)的周期，他根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出了如圖所示的圖像，但忘記在圖中標(biāo)明橫坐標(biāo)所代表的物理量.你認(rèn)為橫坐標(biāo)所代表的物理量是_(填“l(fā)2”“l(fā)”或“ ”)，若圖線斜率為k，則重力加速度g_(用k表示).(8)乙同學(xué)測得的重力加速度數(shù)值大于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊膶?shí)際值，造成這一情況的原因可能是_.(填選項前的字母)A.開始擺動時振幅較小B.開始計時時，過早按下停表C.測量周期時，誤將擺球(n1)次全振動的時間記為n次全振動的時間D.測量擺長時，以懸點(diǎn)到小球下端邊緣的距離為擺長CD開始計時時，過早按下停表，周期偏大，則g偏小，故B錯誤；測量周期時，誤將擺球(n1

7、)次全振動的時間記為n次全振動的時間，周期偏小，則g偏大，故C正確；擺長等于擺線的長度加上擺球的半徑，若測量擺長時以懸點(diǎn)到小球下端邊緣的距離為擺長，擺長偏大，g ，所以g偏大，故D正確.例2某同學(xué)在“用單擺測定重力加速度的大小”的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了如下的操作：(1)用游標(biāo)尺測量擺球的直徑如圖，可讀出擺球的直徑為_ 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用游標(biāo)尺測量擺球的直徑為2 cm0.1 mm62.06 cm(2)用停表測量單擺的周期，測定了40次全振動的時間如圖所示，那么停表讀數(shù)是_ s.75.2停表讀數(shù)是1 min15.2 s75.2 s(3)測量出多組周期

8、T、擺長L的數(shù)值后，畫出T2L圖線，此圖線斜率的物理意義是_.C(4)在(3)中，描點(diǎn)時若誤將擺線長當(dāng)作擺長，那么畫出的直線將不通過原點(diǎn)，由圖線斜率得到的重力加速度與原來相比，其大小_.A.偏大 B.偏小C.不變D.都有可能C在(3)中，描點(diǎn)時若誤將擺線長當(dāng)作擺長圖像的斜率不變，則由圖線斜率得到的重力加速度與原來相比，其大小不變，故選C.考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例3(2022山東菏澤市調(diào)研)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運(yùn)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Ft圖像，根據(jù)圖(b)的信息可得，從t0時刻開始擺球第一次擺到最低點(diǎn)的時刻為_s，擺長

9、為_m(取210，重力加速度大小g10 m/s2).0.50.64擺球第一次擺到最低點(diǎn)時，力傳感器顯示的力最大，根據(jù)題圖(b)的信息可得，所對應(yīng)的時刻為t0.5 s.根據(jù)題圖(b)的信息可得，單擺周期T1.6 s，由單擺周期公式T2 ，解得擺長為l0.64 m.(2)單擺運(yùn)動的回復(fù)力是_.A.擺球所受的重力B.擺球重力在垂直擺線方向上的分力C.擺線對擺球的拉力D.擺球所受重力和擺線對擺球拉力的合力B單擺運(yùn)動的回復(fù)力是擺球重力在垂直擺線方向上的分力，而擺球所受重力和擺線對擺球拉力的合力在徑向上提供向心力，選項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

10、屬小球，上端固定在鐵架臺上B.用米尺量得細(xì)線長度l，即擺長為lC.在擺線偏離豎直方向5位置由靜止釋放小球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測得擺長應(yīng)為l ，選項B錯誤；若讓小球在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，則為圓錐擺運(yùn)動，測得的擺動周期不是單擺的周期，選項D錯誤.課時精練1.在“用單擺測量重力加速度”實(shí)驗(yàn)中.(如圖所示)(1)下列操作正確的是_.A.甲圖：小球從偏離平衡位置60開始擺動B.乙圖：細(xì)線上端用鐵夾子固定C.丙圖：小球到達(dá)最高點(diǎn)時作為計時開始與終止的位置D.丁圖：小球自由下垂時測量擺線的長度123BD當(dāng)小球運(yùn)動到最低點(diǎn)時開始計時誤差較小，故C錯誤；實(shí)

11、驗(yàn)時應(yīng)該測量小球自由下垂時擺線的長度，故D正確.123擺線與豎直方向的夾角小于5時，才可以認(rèn)為小球的運(yùn)動為簡諧運(yùn)動，故A錯誤；細(xì)線上端應(yīng)用鐵夾子固定，防止松動引起擺長變化，故B正確；(2)某同學(xué)通過測量30次全振動的時間來測定單擺的周期T，他在單擺經(jīng)過平衡位置時按下秒表記為“1”，若同方向再次經(jīng)過平衡位置時記為“2”，在數(shù)到“30”時停止秒表，讀出這段時間t，算出周期T .其他操作步驟均正確.多次改變擺長時，他均按此方法記錄多組數(shù)據(jù)，并繪制了T2L圖像，則他繪制的圖像可能是_.123D123(3)按照(2)中的操作，此同學(xué)獲得的重力加速度將_.(選填“偏大”“偏小”或“不變”)123偏大2.在

12、“用單擺測量重力加速度的大小”的實(shí)驗(yàn)中.(1)安裝好實(shí)驗(yàn)裝置后，先用游標(biāo)卡尺測量擺球直徑d，測量的示數(shù)如圖所示，則擺球直徑d_ cm，再測量擺線長l，則單擺擺長L_(用d、l表示)；1231.84123擺球直徑d1.8 cm0.1 mm41.84 cm；(2)擺球擺動穩(wěn)定后，當(dāng)它到達(dá)_(填“最低點(diǎn)”或“最高點(diǎn)”)時啟動停表開始計時，并記錄此后擺球再次經(jīng)過最低點(diǎn)的次數(shù)n(n1、2、3)，當(dāng)n60時剛好停表.停止計時的停表如圖所示，其讀數(shù)為_ s，該單擺的周期為T_ s(周期要求保留三位有效數(shù)字)；123最低點(diǎn)67.52.25123擺球擺動穩(wěn)定后，當(dāng)它到達(dá)最低點(diǎn)時啟動停表開始計時，并記錄此后擺球再

13、次經(jīng)過最低點(diǎn)的次數(shù)n(n1、2、3)，當(dāng)n60時剛好停表.停止計時的停表讀數(shù)為67.5 s，該單擺的周期為(3)計算重力加速度測量值的表達(dá)式為g_(用T、L表示)，如果測量值小于真實(shí)值，可能原因是_；A.將擺球經(jīng)過最低點(diǎn)的次數(shù)n記少了B.計時開始時，停表啟動稍晚C.將擺線長當(dāng)成了擺長D.將擺線長和球的直徑之和當(dāng)成了擺長123AC123將擺球經(jīng)過最低點(diǎn)的次數(shù)n記少了，則計算周期T偏大，則g測量值偏小，選項A正確；計時開始時，停表啟動稍晚，則周期測量值偏小，則g測量值偏大，選項B錯誤；將擺線長當(dāng)成了擺長，則L偏小，則g測量值偏小，選項C正確；將擺線長和球的直徑之和當(dāng)成了擺長，則L偏大，則g測量值偏大，選項D錯誤.(4)正確測量不同擺長L及相應(yīng)的單擺周期T，并在坐標(biāo)紙上畫出T2與L的關(guān)系圖線，如圖所示.由圖線算出重力加速度的大小g_ m/s2(保留3位有效數(shù)字，計算時2取9.86).1239.861233.(2022湖南省雅禮中學(xué)高三月考)在探究“單擺周期與擺長”的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，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，如圖甲所示.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的變化圖線如圖乙所示，則該單擺的振動周期為_.若保持懸點(diǎn)到小球