第32講實驗：用單擺測重力加速度（課件）-2025年高考物理一輪復習講練測（新教材新高考）-課件下載-教習網(wǎng)

實驗：用單擺測量重力加速度
主要來源于單擺模型本身是否符合要求。
主要來自時間(即單擺周期)的測量。
知識點2.數(shù)據(jù)處理方法
1．選擇材料時應選擇細、輕又不易伸長的線，長度一般在1 m左右，小球應選用密度較大的金屬球，直徑應較小，最好不超過2 cm。2．單擺懸線的上端不可隨意卷在鐵架臺的桿上，應夾緊在鐵夾中，以免擺動時發(fā)生擺線下滑、擺長改變的現(xiàn)象。3．注意擺動時控制擺線偏離豎直方向的夾角要小于5°?？赏ㄟ^估算振幅的辦法掌握。4．擺球振動時，要使之保持在同一個豎直平面內(nèi)，不要形成圓錐擺。5．計算單擺的振動次數(shù)時，應從擺球通過平衡位置時開始計時。為便于計時，可在擺球平衡位置的正下方作一標記，以后擺球每次從同一方向通過平衡位置時進行計數(shù)，且在數(shù)“0”的同時按下秒表，開始計時計數(shù)。
為減小空氣阻力的影響，擺球應采用密度較大、體積較小的鐵球，為使單擺擺動時擺長不變化，擺線應用不易形變的細絲線，懸點應該用鐵夾來固定
1.實驗小組的同學在實驗室做“用單擺測量重力加速度”的實驗。
(1)下列最合理的裝置是___。
(2)為使重力加速度的測量結(jié)果更加準確，下列做法合理的有____。
A.測量擺長時，應測量水平拉直后的擺線長B.在擺球運動過程中，必須保證懸點固定不動C.擺球運動過程中，擺線與豎直方向的夾角不能太大D.測量周期時，應該從擺球運動到最高點時開始計時
測量擺長時，應該測量豎直拉直后的擺線長；
擺球運動過程中，擺線與豎直方向的夾角不能太大，如擺角太大，將不能看作簡諧運動。
測量周期時，應該從擺球運動到最低點時開始計時，因為最低點位置擺球速度最大，相同的視覺距離誤差引起的時間誤差較小，則周期測量比較準確。
在擺球運動過程中，必須保證懸點固定不動。
2.在“用單擺測定重力加速度”的實驗中：
因為空氣的浮力始終豎直向上，小球受到的合力小于重力，加速度變小，振動周期變大，故甲同學的說法是正確的
(4)考慮到單擺振動時空氣浮力的影響后，學生甲說：“因為空氣浮力與擺球重力方向相反，它對球的作用相當于重力加速度變小，因此振動周期變大?！睂W生乙說：“浮力對擺球的影響好像用一個輕一些的擺球做實驗，因此振動周期不變”，這兩個學生中_____。
A.甲的說法正確B.乙的說法正確C.兩學生的說法都是錯誤的
(1)現(xiàn)有可選擇的測量工具如下，本實驗不需要的測量工具是______。
A.秒表 B.時鐘C.天平 D.毫米刻度尺
本實驗需要測量時間求出周期，并要測量筒的下端口到擺球球心的距離L，則所需要的測量工具是秒表和毫米刻度尺，不需要的測量工具為時鐘和天平。
4.用單擺測重力加速度實驗中：
(1)同學甲有如下操作，其中正確的操作是________。
考點二探索創(chuàng)新實驗
(4)數(shù)據(jù)處理。在圖戊中以周期T為縱坐標軸、以____________________為橫坐標軸建立坐標系，并把以上表格中相應的各組數(shù)據(jù)在坐標系中描點、作圖。
(5)得出結(jié)論。根據(jù)該圖線可知：_____________________________________________________________________________________________________。
3.某智能手機中的“磁傳感器”功能可實時記錄手機附近磁場的變化，磁極越靠近手機，磁感應強度越大。小寧同學在家里用手機、磁化的小球、支架、塑料夾子等實驗器材組裝成如圖甲所示的裝置來測量重力加速度，實驗步驟如下：①把智能手機正面朝上放在懸點的正下方，接著往側(cè)邊拉開小球，并用夾子夾住。
②打開夾子釋放小球，小球運動，取下夾子。
③運行手機“磁傳感器”功能，手機記錄磁感應強度的變化。④改變擺線長和夾子的位置，測量出各次實驗的擺線長L及相應的周期T。
(3)得到多組擺線長L及相應的周期T后，
A.用彈簧秤測出已知質(zhì)量的砝碼所受的重力B.測量單擺擺線長度、擺球半徑以及擺動周期C.從高處釋放一個重物、測量其下落高度和時間D.測量天宮實驗室繞地球做勻速圓周運動的周期和軌道半徑
在天宮實驗室內(nèi)，物體處于完全失重狀態(tài)，重力提供了物體繞地球勻速圓周運動的向心力，故ABC中的實驗均無法得到天宮實驗室軌道處的重力加速度。由重力提供繞地球做勻速圓周運動的向心力故通過測量天宮實驗室繞地球做勻速圓周運動的周期和軌道半徑可行。
該同學將振動系統(tǒng)理想化為彈簧振子。已知彈簧振子的振動周期，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，M為振子的質(zhì)量。(1)由步驟④，可知振動周期。
(2)設(shè)彈簧的原長為l0，則l與g、l0、T的關(guān)系式為:l =?????????????????????????????????。
(4)本實驗的誤差來源包括_____（雙選，填標號）。A．空氣阻力B．彈簧質(zhì)量不為零C．光電門的位置稍微偏離托盤的平衡位置
彈簧振子的振動周期公式可得振子的質(zhì)量再根據(jù)振子平衡時的平衡條件可得則l與g、l0、T的關(guān)系式為
根據(jù)（2）整理可得圖像斜率，
利用光電門與數(shù)字計時器的組合測量周期的原理：根據(jù)簡諧運動的規(guī)律可知，只要從開始計時起，振子的速度第二次與開始計時的速度相等即為一個周期，與是否在平衡位置無關(guān)。
(1)制作單擺時，在圖甲、圖乙兩種單擺的懸掛方式中，選擇圖甲方式的目的是要保持擺動中______不變；
根據(jù)單擺的周期公式可得單擺的擺長為從平衡位置拉開5°的角度處釋放，可得振幅為以該位置為計時起點，根據(jù)簡諧運動規(guī)律可得擺球偏離平衡位置的位移x與時間t的關(guān)系為
積木左端兩次經(jīng)過參考點O為一個周期，當積木左端某次與O點等高時記為第0次并開始計時，之后每計數(shù)一次，經(jīng)歷半個周期，可知，第20次時停止計時，這一過程中積木擺動了10個周期。
(3)換用其他積木重復上述操作，測得多組數(shù)據(jù)。為了探究T與D之間的函數(shù)關(guān)系，可用它們的自然對數(shù)作為橫、縱坐標繪制圖像進行研究，數(shù)據(jù)如下表所示：
A. B. C. D.
由圖（d）可知，lnT和lnD與成線性關(guān)系，根據(jù)圖像可知，直線經(jīng)過(2.80,-0.5)與(1.80,-1.0)，帶入求解，則有
(4)請寫出一條提高該實驗精度的改進措施：________。
用游標卡尺測量外徑D、換用更光滑的硬質(zhì)水平桌面、通過測量40次或60次左端與O點等高所用時間來求周期、適當減小擺動的幅度
(1)關(guān)于本實驗，下列說法正確的是______。(多選)
(2)組裝好裝置，用毫米刻度尺測量擺線長度，用螺旋測微器測量小鋼球直徑。螺旋測微器示數(shù)如圖，小鋼球直徑 __________________mm，記擺長。
20.035/20.036/20.034
(4)若將擺線長度誤認為擺長，仍用上述圖像法處理數(shù)據(jù)，得到的重力加速度值將______(填“偏大”“偏小”或“不變”)。
根據(jù)上述圖像法處理數(shù)據(jù)，擺長改變，圖線斜率不變，故得到的重力加速度值不變。
隨著擺線長度l的增加，Δg逐漸減小
角度盤的大小一定，即在規(guī)定的位置安裝角度盤，測量的擺角準確，但將角度盤固定在規(guī)定位置上方，即角度盤到懸掛點的距離變短，同樣的角度，擺線在刻度盤上掃過的弧長變短，故擺線在角度盤上所指的示數(shù)為5°時，實際擺角大于5°
單擺的擺線長度為81.50 cm，則擺長為結(jié)果保留三位有效數(shù)字，得擺長為82.5cm；一次全振動單擺經(jīng)過最低點兩次，故此單擺的周期為。由單擺的周期表達式可得重力加速度。

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