高中物理复习实验九用单摆测量重力加速度的大小课件

实验九用单摆测量重力加速度的大小

素养目标1.知道利用单摆测量重力加速度的原理．2．掌握利用单摆测量重力加速度的方法．必备知识·自主落实一、实验思路与操作装置图和思路操作要领

注意事项(1)选用一米左右的细线．(2)悬线顶端不能晃动，需用夹子夹住，保证顶点固定．(3)小球在同一竖直面内摆动，且摆角小于5°.(4)选择在摆球摆到平衡位置处开始计时，并数准全振动的次数．(5)小球自然下垂时，用毫米刻度尺量出悬线长l′，用游标卡尺测量小球的直径，然后算出摆球的半径r，则摆长l＝l′＋r.关键能力·分层突破考点一教材原型实验例1[2024·广东东莞校联考模拟]实验小组的同学在实验室做“用单摆测量重力加速度的大小”的实验．(1)下列最合理的装置是__________．D解析：(1)根据单摆理想模型可知，为减小空气阻力的影响，摆球应采用密度较大，体积较小的铁球，为使单摆摆动时摆长不变化，摆线应用不易形变的细线，悬点应该用铁夹来固定．故选D.(2)为使重力加速度的测量结果更加准确，下列做法合理的有__________．A．测量摆长时，应测量水平拉直后的摆线长B．在摆球运动过程中，必须保证悬点固定不动C.摆球运动过程中，摆线与竖直方向的夹角不能太大D．测量周期时，应该从摆球运动到最高点时开始计时BC

(3)某同学课后尝试在家里做用单摆测量重力加速度的实验．由于没有合适的摆球，于是他找到了一块鸡蛋大小、外形不规则的大理石块代替小球进行实验．如图1所示，实验过程中他先将石块用细线系好，结点为M，将细线的上端固定于O点．然后利用刻度尺测出OM间细线的长度l作为摆长，利用手机的秒表功能测出石块做简谐运动的周期T.在测出几组不同摆长l对应的周期T的数值后，他作出的T2-l图像如图2所示．

C9.86

(4)实验中，该同学测量摆长使用绳长，而非悬点到石块重心之间的距离，这对重力加速度测量结果的影响：测量值__________真实值(填“>”“＝”或“<”)．＝

例2[2023·新课标卷]一学生小组做“用单摆测量重力加速度的大小”实验．(1)用实验室提供的螺旋测微器测量摆球直径．首先，调节螺旋测微器，拧动微调旋钮使测微螺杆和测砧相触时，发现固定刻度的横线与可动刻度上的零刻度线未对齐，如图(a)所示，该示数为__________mm；螺旋测微器在夹有摆球时示数如图(b)所示，该示数为__________mm，则摆球的直径为__________mm.(2)单摆实验的装置示意图如图(c)所示，其中角度盘需要固定在杆上的确定点O处，摆线在角度盘上所指的示数为摆角的大小．若将角度盘固定在O点上方，则摆线在角度盘上所指的示数为5°时，实际摆角__________5°(填“大于”或“小于”)．(3)某次实验所用单摆的摆线长度为81.50cm，则摆长为__________cm.实验中观测到从摆球第1次经过最低点到第61次经过最低点的时间间隔为54.60s，则此单摆周期为__________s，该小组测得的重力加速度大小为__________m/s2(结果均保留3位有效数字，π2取9.870)．0.00720.03420.027大于82.51.829.83

例3[2024·北京西城模拟]某同学在“用单摆测定重力加速度”的实验中(1)该同学用游标卡尺测得单摆小球的直径为__________cm；同学用秒表记录的时间如图所示，则秒表的示数为__________s；1.07096.8解析：(1)用游标卡尺测得单摆小球的直径为1cm＋0.05mm×14＝1.070cm同学用秒表记录的时间为1min＋36.8s＝96.8s

B该同学又想出另一个办法测重力加速度，他测出多组摆线长L与周期T的数据，根据实验数据，作出了T2-L的关系图像如图所示理论上T2-L是一条过坐标原点的直线，根据图中数据，可算出重力加速度其值为________m/s2(取π2＝9.87，结果保留三位有效数字)，仅考虑该数据处理方法，他得到的加速度g与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“相同”)．9.87相同

(3)如果该同学测得的g值偏大，可能的原因是(

)A．测摆线长时摆线拉得过紧B．开始计时时，秒表按下稍晚C．实验中将51次全振动误记为50次D．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AB

考点二探索创新实验例4疫情期间“停课不停学”，小明同学在学完单摆知识后，在家中利用手机等现有器材自主开展探究本地重力加速度的实验，实验装置图如图所示：(1)下列最适合用作实验的物体是______；A．乒乓球B．小塑料球C．实心小铁球C解析：(1)为了减小实验中空气阻力的影响，应该选密度大、体积小的实心小铁球做实验，故选C.(2)选择好器材，将符合实验要求的摆球用细线悬挂在固定装置的横杆上，则悬挂方式应采用______；C解析：如果采用AB两种方式固定单摆，在单摆摆动过程中，单摆的悬点不固定，摆长会发生改变；图C所示方式单摆的悬点固定，单摆摆动过程中摆长不变，故选C.(3)手机2用于计时(计时格式为分：秒：毫秒)，手机1用于录像．经过正确的实验操作，完成录像，然后从视频中截取小球摆线第1次与竖线重合和第21次与竖线重合时的图片，则该单摆的周期为T＝______s(计算结果取一位有效数字)；1

(4)因为家中无游标卡尺，无法测量小球的直径d，实验中将摆线长作为摆长l，测得多组周期T和l的数据，作出T2-l图像，如图所示：①实验得到的T2-l图像是______(选填：“a”“b”或“c”)；②实验测得当地重力加速度g＝______m/s2(计算结果取三位有效数字)．a9.87

例5在探究单摆运动的实验中：(1)图(a)是用力传感器对单摆振动过程进行测量的装置图，图(b)是与力传感器连接的计算机屏幕所显示的F-t图像，根据图(b)的信息可得，从t＝0时刻开始摆球第一次摆到最低点的时刻为________s，摆长为________m(取π2＝10，重力加速度大小g取10m/s2)．0.50.64

(2)单摆振动的回复力是________．A．摆球所受的重力B．摆球重力在垂直摆线方向上的分力C．摆线对摆球的拉力D．摆球所受重力和摆线对摆球拉力的合力(