2020版高考物理复习课件：实验用单摆测定重力加速度

实验17用单摆测定重力加速度实验17用单摆测定重力加速度-2-一、实验目的1.会用单摆测定重力加速度。2.会使用停表。二、实验原理三、实验器材带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球、不易伸长的细线(约1m)、停表、刻度尺和游标卡尺。-2-一、实验目的三、实验器材-3-四、实验步骤1.做单摆:取约1m长的细丝线穿过带孔的小钢球,并打一个比小孔大一些的结,然后把线的另一端用铁夹固定在铁架台上,让摆球自然下垂,如图所示。2.测摆长:用毫米刻度尺量出摆线长l'(精确到毫米),用游标卡尺测出小球直径d,则单摆的摆长l=l'+。-3-四、实验步骤-4-3.测周期:将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5°),然后释放小球,记下单摆摆动30~50次的总时间,算出平均每摆动一次的时间,即为单摆的振动周期。4.改变摆长,重做几次实验。-4-3.测周期:将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5°),-5-五、数据处理1.公式法将几次测得的周期T和摆长l分别代入关系式g=,算出各组数据对应的重力加速度g的值,再算出g的平均值,即为当地的重力加速度的值。2.图象法-5-五、数据处理-6-六、注意事项1.实验所用的单摆应符合理论要求,即线要细、轻、不易伸长,摆球要体积小、质量大(密度大)。2.单摆悬线上端要固定,即用铁夹夹紧,以免摆球摆动时摆线长度不稳定。3.测量单摆周期时,应从摆球经过平衡位置(即最低点)时开始计时,以后摆球从同一方向通过平衡位置时进行计数,且在数“零”的同时按下停表,开始计时、计数。4.摆动时,要使之保持在同一个运动平面内,且偏角小于5°,不要形成圆锥摆。-6-六、注意事项-7-命题点一命题点二教材原型实验典例1(2018·北京海淀期中)在用图所示单摆“测重力加速度”的实验中,某同学的操作步骤如下: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.用米尺测量细线长度为l,l与小球半径之和记为摆长;c.缓慢拉动小球,使细线偏离竖直方向约为5°位置由静止释放小球;d.用秒表记录小球完成n次全振动所用的总时间t,计算单摆周期T=t/n;f.改变细线长度,重复b、c、d、e步骤,进行多次测量。-7-命题点一命题点二教材原型实验-8-命题点一命题点二(1)在上述步骤中,错误的是

(写出该步骤的字母);改正后正确的应该是

。

(2)该同学为了减少误差,利用上述未改正错误测量中的多组实验数据做出了l-T2图象,该图象对应图中的

图。

-8-命题点一命题点二(1)在上述步骤中,错误的是(-9-命题点一命题点二(3)在“用单摆测定重力加速度”的正确实验中,下列做法有利于减小实验误差的是

。

A.适当加长摆线B.质量相同,体积不同的摆球,应选用体积较大的C.单摆偏离平衡位置的角度不能太大D.当单摆经过平衡位置时开始计时,经过一次全振动后停止计时,用此时间间隔作为单摆振动的周期(4)北京时间2005年5月22日上午10点05分,中国女子登山队首次登上珠穆朗玛峰顶峰,五星红旗再一次在珠峰峰顶飘扬。若登山队员利用单摆来确定珠峰的高度,测得该单摆在海平面处的周期是T0,在峰顶的周期是T,则珠峰顶峰的海拔高度h=

。(地球可看作质量均匀分布的半径为R的球体)

-9-命题点一命题点二(3)在“用单摆测定重力加速度”的正确-10-命题点一命题点二-10-命题点一命题点二-11-命题点一命题点二(3)A.适当加长摆线可以使周期大些,减小摆长与周期的测量误差,从而减小实验误差,故A正确;B.为减小阻力对实验的影响,质量相同,体积不同的摆球,应选用体积较小的,故B错误;C.单摆在小摆角下的摆动为简谐振动,单摆偏离平衡位置的角度不能太大,故C正确;D.当单摆经过平衡位置时开始计时,经过一次全振动后停止计时,用此时间间隔作为单摆振动的周期,测量的偶然误差较大,从而使实验误差较大,故D错误;故选AC。-11-命题点一命题点二(3)A.适当加长摆线可以使周期大些-12-命题点一命题点二思维点拨(1)摆线长度与摆球半径之和是单摆摆长,分析实验步骤应用单摆周期公式分析答题。(2)根据单摆周期公式求出图象的函数表达式,然后分析图示图象答题。(3)为减小空气阻力对实验的影响,应选择密度大而体积小的球作为摆球;为减小测量误差,应使摆线的长度适当长些,测出多个周期需要的时间然后求出平均值作为单摆的周期。(4)根据万有引力公式与牛顿第二定律求出重力加速度的表达式,再根据单摆周期公式求出珠峰顶峰的海拔高度。-12-命题点一命题点二思维点拨(1)摆线长度与摆球半径之和-13-命题点一命题点二本题考查了用单摆测重力加速度实验,知道实验原理与实验注意事项是解题的前提与关键,应用单摆周期公式即可解题,平时要注意基础知识的学习与积累。-13-命题点一命题点二本题考查了用单摆测重力加速度实验,知-14-命题点一命题点二实验拓展与创新典例2(2018·江苏扬州一模)在“探究单摆的周期与摆长关系”的实验中,摆球在垂直纸面的平面内摆动,如图甲所示,在摆球运动最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻。光敏电阻(光照时电阻比较小)与某一自动记录仪相连,该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t变化图线如图乙所示,则该单摆的振动周期为

。若保持悬点到小球顶点的绳长不变,改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验,则该单摆的周期将

(选填“变大”“不变”或“变小”)。

-14-命题点一命题点二实验拓展与创新-15-命题点一命题点二答案:2t0

变大

-15-命题点一命题点二答案:2t0变大-16-命题点一命题点二-16-命题点一命题点二-17-命题点一命题点二思维点拨单摆在一个周期内两次经过平衡位置,每次经过平衡位置,单摆会挡住细激光束,由此得到周期;根据单摆的周期公式

分析摆长变化时周期的变化情况。-17-命题点一命题点二思维点拨单摆在一个周期内两次经过平衡-18-1.(多选)(2018·江苏盐城模拟)某同学在做利用单摆测重力加速度g的实验,他先测得摆线长为98.50cm,用10分度的游标卡尺测得小球直径如图所示,然后用秒表记录了单摆全振动50次所用的时间为100.0s,下列有关该实验的说法正确的是(

)A.根据图示可知小球的直径为2.96cmB.记录时间时应从摆球经过最高点时开始计时C.如果在实验中误将49次全振动计为50次,测得的g值偏小D.如果在实验中误将小球直径与摆线长之和当成摆长,测得的g值偏大E.摆线上端在振动中出现松动,测得的g值偏小答案解析解析关闭答案解析关闭-18-1.(多选)(2018·江苏盐城模拟)某同学在做利用-19-2.(2018·天津联考)甲、乙两个学习小组分别利用单摆测量重力加速度。-19-2.(2018·天津联考)甲、乙两个学习小组分别利用-20-(1)甲组同学采用图甲所示的实验装置。A.由于没有游标卡尺,无法测小球的直径d,实验中将悬点到小球最低点的距离作为摆长l,测得多组周期T和l的数据,作出l-T2图象,如图乙所示。①实验得到的l-T2图象是

;

②小球的直径是

cm;

B.在测量摆长后,测量周期时,摆球振动过程中悬点O处摆线的固定出现松动,摆长略微变长,这将会导致所测重力加速度的数值

。(选填“偏大”“偏小”或“不变”)

-20-(1)甲组同学采用图甲所示的实验装置。-21-(2)乙组同学在图甲所示装置的基础上再增加一个速度传感器,如图丙所示,将摆球拉开一小角度使其做简谐运动,速度传感器记录了摆球振动过程中速度随时间变化的关系,如图丁所示的v-t图线。A.由图丁可知,该单摆的周期T=

s;

B.更换摆线长度l后,多次测量,根据实验数据,利用计算机作出T2-l图线(l为摆线长),并根据图线拟合得到方程T2=4.04l+0.024。由此可以得出当地的重力加速度g=

m/s2。(取π2=9.86,结果保留3位有效数字)

-21-(2)乙组同学在图甲所示装置的基础上再增加一个速度传-22-答案:(1)①c

②1.2

偏小

(2)2.0

9.76-22-答案:(1)①c②1.2偏小(2)2.09-23--23--24-3.(2018·湖北孝感期末)在用单摆测量重力加速度的实验中,实验装置如图(a)所示,细线的上端固定在铁架台上,下端系一个小钢球,做成一个单摆。-24-3.(2018·湖北孝感期末)在用单摆测量重力加速度-25-(1)实验过程有两组同学分别用了图(b)(c)的两种不同方式悬挂小钢球,你认为

(选填“b”或“c”)悬挂方式较好。

(2)某同学在实验中测得的小球直径为d,测定了摆线的长度为l,用秒表记录小球完成n次全振动的总时间为t,则当地的重力加速度的表示式为g=

(用d、l、n、t表示)

(3)图(d)是某组同学根据实验数据画出的T2-l图线,其中l是摆长,现已测出图中直线斜率为k,则可得出当地重力加速度表达式g=

。

(4)实验中有个同学发现他测得重力加速度的值偏大,其原因可能是

。

A.测摆线长时摆线拉得过紧B.单摆所用摆球质量太大C.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D.把n次全振动时间误当成(n+1)次全振动时间-25-(1)实验过程有两组同学分别用了图(b)(c)的两种-26--26--27--27-实验17用单摆测定重力加速度实验17用单摆测定重力加速度-29-一、实验目的1.会用单摆测定重力加速度。2.会使用停表。二、实验原理三、实验器材带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球、不易伸长的细线(约1m)、停表、刻度尺和游标卡尺。-2-一、实验目的三、实验器材-30-四、实验步骤1.做单摆:取约1m长的细丝线穿过带孔的小钢球,并打一个比小孔大一些的结,然后把线的另一端用铁夹固定在铁架台上,让摆球自然下垂,如图所示。2.测摆长:用毫米刻度尺量出摆线长l'(精确到毫米),用游标卡尺测出小球直径d,则单摆的摆长l=l'+。-3-四、实验步骤-31-3.测周期:将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5°),然后释放小球,记下单摆摆动30~50次的总时间,算出平均每摆动一次的时间,即为单摆的振动周期。4.改变摆长,重做几次实验。-4-3.测周期:将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5°),-32-五、数据处理1.公式法将几次测得的周期T和摆长l分别代入关系式g=,算出各组数据对应的重力加速度g的值,再算出g的平均值,即为当地的重力加速度的值。2.图象法-5-五、数据处理-33-六、注意事项1.实验所用的单摆应符合理论要求,即线要细、轻、不易伸长,摆球要体积小、质量大(密度大)。2.单摆悬线上端要固定,即用铁夹夹紧,以免摆球摆动时摆线长度不稳定。3.测量单摆周期时,应从摆球经过平衡位置(即最低点)时开始计时,以后摆球从同一方向通过平衡位置时进行计数,且在数“零”的同时按下停表,开始计时、计数。4.摆动时,要使之保持在同一个运动平面内,且偏角小于5°,不要形成圆锥摆。-6-六、注意事项-34-命题点一命题点二教材原型实验典例1(2018·北京海淀期中)在用图所示单摆“测重力加速度”的实验中,某同学的操作步骤如下: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.用米尺测量细线长度为l,l与小球半径之和记为摆长;c.缓慢拉动小球,使细线偏离竖直方向约为5°位置由静止释放小球;d.用秒表记录小球完成n次全振动所用的总时间t,计算单摆周期T=t/n;f.改变细线长度,重复b、c、d、e步骤,进行多次测量。-7-命题点一命题点二教材原型实验-35-命题点一命题点二(1)在上述步骤中,错误的是

(写出该步骤的字母);改正后正确的应该是

。

(2)该同学为了减少误差,利用上述未改正错误测量中的多组实验数据做出了l-T2图象,该图象对应图中的

图。

-8-命题点一命题点二(1)在上述步骤中,错误的是(-36-命题点一命题点二(3)在“用单摆测定重力加速度”的正确实验中,下列做法有利于减小实验误差的是

。

A.适当加长摆线B.质量相同,体积不同的摆球,应选用体积较大的C.单摆偏离平衡位置的角度不能太大D.当单摆经过平衡位置时开始计时,经过一次全振动后停止计时,用此时间间隔作为单摆振动的周期(4)北京时间2005年5月22日上午10点05分,中国女子登山队首次登上珠穆朗玛峰顶峰,五星红旗再一次在珠峰峰顶飘扬。若登山队员利用单摆来确定珠峰的高度,测得该单摆在海平面处的周期是T0,在峰顶的周期是T,则珠峰顶峰的海拔高度h=

。(地球可看作质量均匀分布的半径为R的球体)

-9-命题点一命题点二(3)在“用单摆测定重力加速度”的正确-37-命题点一命题点二-10-命题点一命题点二-38-命题点一命题点二(3)A.适当加长摆线可以使周期大些,减小摆长与周期的测量误差,从而减小实验误差,故A正确;B.为减小阻力对实验的影响,质量相同,体积不同的摆球,应选用体积较小的,故B错误;C.单摆在小摆角下的摆动为简谐振动,单摆偏离平衡位置的角度不能太大,故C正确;D.当单摆经过平衡位置时开始计时,经过一次全振动后停止计时,用此时间间隔作为单摆振动的周期,测量的偶然误差较大,从而使实验误差较大,故D错误;故选AC。-11-命题点一命题点二(3)A.适当加长摆线可以使周期大些-39-命题点一命题点二思维点拨(1)摆线长度与摆球半径之和是单摆摆长,分析实验步骤应用单摆周期公式分析答题。(2)根据单摆周期公式求出图象的函数表达式,然后分析图示图象答题。(3)为减小空气阻力对实验的影响,应选择密度大而体积小的球作为摆球;为减小测量误差,应使摆线的长度适当长些,测出多个周期需要的时间然后求出平均值作为单摆的周期。(4)根据万有引力公式与牛顿第二定律求出重力加速度的表达式,再根据单摆周期公式求出珠峰顶峰的海拔高度。-12-命题点一命题点二思维点拨(1)摆线长度与摆球半径之和-40-命题点一命题点二本题考查了用单摆测重力加速度实验,知道实验原理与实验注意事项是解题的前提与关键,应用单摆周期公式即可解题,平时要注意基础知识的学习与积累。-13-命题点一命题点二本题考查了用单摆测重力加速度实验,知-41-命题点一命题点二实验拓展与创新典例2(2018·江苏扬州一模)在“探究单摆的周期与摆长关系”的实验中,摆球在垂直纸面的平面内摆动,如图甲所示,在摆球运动最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻。光敏电阻(光照时电阻比较小)与某一自动记录仪相连,该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t变化图线如图乙所示,则该单摆的振动周期为

。若保持悬点到小球顶点的绳长不变,改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验,则该单摆的周期将

(选填“变大”“不变”或“变小”)。

-14-命题点一命题点二实验拓展与创新-42-命题点一命题点二答案:2t0

变大

-15-命题点一命题点二答案:2t0变大-43-命题点一命题点二-16-命题点一命题点二-44-命题点一命题点二思维点拨单摆在一个周期内两次经过平衡位置,每次经过平衡位置,单摆会挡住细激光束,由此得到周期;根据单摆的周期公式

分析摆长变化时周期的变化情况。-17-命题点一命题点二思维点拨单摆在一个周期内两次经过平衡-45-1.(多选)(2018·江苏盐城模拟)某同学在做利用单摆测重力加速度g的实验,他先测得摆线长为98.50cm,用10分度的游标卡尺测得小球直径如图所示,然后用秒表记录了单摆全振动50次所用的时间为100.0s,下列有关该实验的说法正确的是(

)A.根据图示可知小球的直径为2.96cmB.记录时间时应从摆球经过最高点时开始计时C.如果在实验中误将49次全振动计为50次,测得的g值偏小D.如果在实验中误将小球直径与摆线长之和当成摆长,测得的g值偏大E.摆线上端在振动中出现松动,测得的g值偏小答案解析解析关闭答案解析关闭-18-1.(多选)(2018·江苏盐城模拟)某同学在做利用-46-2.(2018·天津联考)甲、乙两个学习小组分别利用单摆测量重力加速度。-19-2.(2018·天津联考)甲、乙两个学习小组分别利用-47-(1)甲组同学采用图甲所示的实验装置。A.由于没有游标卡尺,无法测小球的直径d,实验中将悬点到小球最低点的距离作为摆长l,测得多组周期T和l的数据,作出l-T2图象,如图乙所示。①实验得到的l-T2图象是

;

②小球的直径是

cm;

B.在测量摆长后,测量周期时,摆球振动过程中悬点O处摆线的固定出现松动,摆长略微变长,这将会导致所测重力加速度的数值

。(选填“偏大”“偏小”或“不变”)

-20-(1)甲组同学采用图甲所示的实验装置。-48-(2)乙组同学在图甲所示装置的基础上再增加一个速度传感器,如图丙所示,将摆球拉开一小角度使其做简谐运动,速度传感器记录了摆球振动过程中速度随