第28讲 实验：用单摆测重力加速度（专项训练）（四川专用）（学生版）

第28讲实验：用单摆测重力加速度目录TOC\o"1-2"\h\u01课标达标练题型01教材原型实验题型02创新拓展实验02核心突破练03真题溯源练01教材原型实验1.（2025·四川绵阳·高三月考）用单摆测量重力加速度的实验装置如图甲所示：(1)组装单摆时，应在下列器材中选用______（选填选项前的字母）。A．长度为1m左右的细线 B．长度为10cm左右的橡皮绳C．直径为1.5cm左右的塑料球 D．直径为1.5cm左右的铁球(2)选择好器材，将符合实验要求的单摆挂在铁架台上，应采用图（选填“乙”或“丙”）所示的固定方式。(3)下列测量单摆振动周期的方法正确的是_______。A．把摆球从平衡位置拉开到某一位置，然后由静止释放摆球，在释放摆球的同时启动停表开始计时，当摆球再次回到原来位置时，按停停表停止计时B．以单摆在最大位移处为计时基准位置，用停表测出摆球第n次回到基准位置的时间t，则T=C．以摆球在最低位置处为计时基准位置，摆球每经过最低位置，记数一次，用停表记录摆球n次经过最低位置的时间t，则T=D．以摆球在最低位置处为计时基准位置，摆球每从同一方向经过摆球的最低位置记数一次，用停表记录摆球从同一方向n次经过摆球的最低位置时的时间t，则T=2.（2025·四川遂宁·高三月考）某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的实验中：(1)用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果如图甲所示，则该摆球的直径为cm。摆动时偏角满足的条件是小于5°，为了减小测量周期的误差，计时开始时，摆球应经过最（选填“高”或“低”）点的位置，且用停表测量单摆完成多次全振动所用的时间，求出周期。图乙中停表示数为一单摆全振动50次所需时间，则该单摆振动周期为s。(2)用最小刻度为1mm的刻度尺测摆长，测量情况如图丙所示，O为悬挂点，从图丙中可知单摆的摆长为m。(3)某同学用单摆测量当地的重力加速度。他测出了摆线长度L和摆动周期T。图丁所示为测摆线长度L的方法。通过改变悬线长度L，测出对应的摆动周期T，获得多组T与L，再以T2为纵轴、L为横轴画出函数关系图像如图戊所示。由图像可知，摆球的半径r＝m，当地重力加速度g＝m/s2（结果保留2位小数）。3.某同学在“用单摆测定重力加速度”的实验中进行了如下的操作：(1)请选择正确的器材______A．体积较小的钢球 B．体积较大的木球C．无弹性的轻绳子 D．有弹性、质量大的绳子(2)用游标上有10个小格的游标卡尺测量摆球直径如图所示，摆球直径为mm。利用刻度尺测得摆线长90.10cm，则该单摆的摆长L=cm。(3)测量出多组周期T、摆长L数值后，画出T2A．g B．4π2g C．1(4)与重力加速度的真实值比较，发现第（3）问中获得的测量结果偏大，分析原因可能是______。A．振幅偏小 B．将摆线长加直径当成了摆长C．将摆线长当成了摆长 D．开始计时误记为n=1(5)该小组的另一同学没有使用游标卡尺也测出了重力加速度。他采用的方法是：先测出一摆线较长的单摆的振动周期T1，然后把摆线缩短适当的长度L，再测出其振动周期T2。用该同学测出的物理量表达重力加速度为g=4.某实验小组的同学们利用单摆来测量当地的重力加速度，按如图安装好实验仪器。(1)该小组成员在实验过程中有如下说法，其中正确的是________（填选项前的字母）；A．把单摆从平衡位置拉开30°的摆角，并在释放摆球的同时开始计时B．测量摆球通过最低点100次的时间t，则单摆周期为tC．用悬线的长度加摆球的直径作为摆长，代入单摆周期公式计算得到的重力加速度值偏小D．尽量选择质量大、体积小的摆球(2)小组同学通过改变摆线的长度，获得了多组摆长L和对应的单摆周期T的数据，做出T2−L图像如图所示，可测得当地的重力加速度g=(3)在实验中，有三位同学作出的T2−L图线分别如图中的a、b、c所示，其中a和b平行，b和c都过原点，图线b对应的g值最接近当地重力加速度的值，则相对于图线a和A．出现图线a的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长LB．出现图线c的原因可能是误将49次全振动记为50次C．图线c对应的g值小于图线b对应的g值D．图线a对应的g值大于图线b对应的g值5.“祖冲之”研究小组做用单摆测重力加速度的实验。(1)用游标卡尺测量小铁球的直径，示数如图甲所示，则小铁球的直径d=mm。(2)使摆球在竖直平面内摆动稳定后，当摆球到达最低点时启动停表开始计时，并记录此后摆球再次经过计时起点的次数n（n=1，2，3，…）。当n=60时停止计时，此时停表的示数如图乙所示，其读数为s。(3)某同学测出不同摆长时对应的周期T，作出T2−L图线，如图丙所示，再利用图线上任意两点A、B的坐标x1,y1、x2,6.某同学在“用单摆测量重力加速度”的实验中，利用了智能手机和一个磁性小球进行了如下实验：（1）将摆线上端固定在铁架台上，下端系在小球上，做成图1所示的单摆。下列摆线安装最合理的是。A．B．C．（2）用刻度尺测量悬线的长度，用游标卡尺测得磁性小球的直径如图2所示，则直径d=cm，算出摆长L。（3）将智能手机磁传感器置于磁性小球平衡位置正下方，打开智能手机的磁传感器，测量磁感应强度的变化。（4）将磁性小球由平衡位置拉开一个小角度，由静止释放，手机软件记录磁感应强度的变化曲线如图3所示。试回答下列问题：①由图3可知，单摆的周期为。②改变摆线长度l，重复实验操作，得到多组数据，画出对应的图像如图4所示，图像的斜率为k，则重力加速度g的表达式为g=。（用题中物理量的符号表示）。③图4中图像不过原点的原因是，对g的测量结果（选填“有影响”或“无影响”）。7.（2025·四川绵阳·高三月考）一位同学做“用单摆测定重力加速度”的实验。(1)如图1所示，用游标卡尺测摆球直径。摆球直径d=mm。(2)利用单摆测定重力加速度的实验装置如图2所示。已知摆线长度为L，小球直径为d，实验中测出摆球完成N次全振动的时间为t，请写出测量当地重力加速度的表达式：g=（用以上测量的物理量和已知量的字母表示）。(3)关于实验过程，下列说法中正确的是（）A．实验中，为便于观测，释放小球时应使摆线与竖直方向夹角大些B．应从摆球处于最高点开始计时C．误把N次全振动记为N-1次全振动会导致测量值偏小02创新拓展实验8.（2025·四川绵阳·高三月考）用如图甲所示装置测量当地的重力加速度。两条不可伸长的等长细线系一小球固定在水平天花板，A为激光笔，B为光传感器，它们与静止的小球球心等高，并和两个悬点在同一竖直平面内。完成实验并回答问题：（1）用游标卡尺测小球的直径d；（2）测两条细线长度l和在天花板上悬点间的距离s；（3）启动光传感器和激光笔，让小球在垂直于纸面的平面内以较小角度摆动，得到光照强度随时间变化的图线如图乙所示：（4）根据图乙可得：小球摆动的周期T=（用t2、t0表示）；根据上述数据可得当地重力加速度g=。（用t2、t0、（5）若由于激光笔位置调试不精准，导致小球经过最低点时，球心位置比激光光线高些，则测得的重力加9.（2025·四川成都·二模）智能手机软件中的磁力计可显示磁感应强度大小随时间变化的关系，两同学用该软件设计实验测量单摆的周期及当地重力加速度。(1)将摆线上端固定于铁架台，下端系在小球上，让手机内置磁敏元件位于小球静止位置的正下方，做成如图(a)所示的单摆。测出摆线长为L，将小球磁化后，由平衡位置拉开一个小角度静止释放，手机软件显示磁感应强度大小随时间变化如图（b）所示。则该单摆的振动周期T为（用字母t表示）。(2)改变摆线长L，重复实验操作，得到多组数据，画出周期平方随摆线长的变化图像T2−L如图(c)所示，图像斜率为k，则测得重力加速度g为（用字母(3)T2−L图像未过原点，g的测量值（选填“>”“<”或“=”）真实值。甲同学认为手机内也含有铁等金属，由于手机对小球的吸引，会使g的测量值(4)乙同学发现，振动较长时间后手机显示磁感应强度随时间呈图（b）变化趋势，忽略手机对小球的吸引，引起该情况最可能的原因是_______。A．小球磁性减弱B．小球振幅减小C．小球由单摆运动变为圆锥摆运动10.（2025·四川成都·高三月考）做物理实验时，利用传感器可以方便地采集实验数据。(1)如图甲所示，小梅同学用手机中磁传感器来探究单摆的运动．她将一小块磁铁吸附在单摆小球下方，成为一个“有磁性的重物”，将手机放置在悬点正下方，打开手机中磁传感器软件，将小球拉开一角度θ（θ＜5°）再静止释放，显示手机所在处磁感应强度随时间变化图象如图乙所示，则该单摆周期为s（保留3位有效数字）.(2)光传感器可以记录空间中的光强分布，小军同学用光传感器研究光的干涉和衍射实验中光强分布情况如图丙所示，某次实验中，得到了如图丁所示的光强分布图，则缝屏所用的为（填“单缝”或“双缝”），若仅减小激光器和中间缝屏的距离，则观察到条纹将（填“变宽”“变窄”或“不变”）.11.(1)将一单摆a悬挂在力传感器的下面，让单摆小角度摆动，图甲记录了力传感器示数F随时间t的变化关系，随后将这个单摆和其他两个单摆b、c拴在同一张紧的水平绳上（c的摆长和a的摆长相等，b的摆长明显长于a的摆长），并让a先摆动起来。则单摆a的摆长为，单摆c的摆动周期（填“大于”“小于”或“等于”）单摆b的摆动周期。现在用单摆a测定重力加速度的实验装置如图甲所示。(2)组装单摆时，应在下列器材中选用_____A．长度为1m左右的细线B．长度为10cm左右的橡皮绳C．直径为1.5cm左右的塑料球D．直径为1.5cm左右的铁球(3)下面测定单摆振动周期的方法正确的是_____。A．把摆球从平衡位置拉开到某一位置，然后由静止释放摆球，在释放摆球的同时启动秒表开始计时，当摆球再次回到原来位置时，按停秒表停止计时B．以单摆在最大位移处为计时基准位置，用秒表测出摆球第n次回到基准位置的时间t，则T=C．以摆球在最低位置处为计时基准位置，摆球每经过最低位置，记数一次，用秒表记录摆球n次经过最低位置的时间t，则T=D．以摆球在最低位置处为计时基准位置，摆球每从同一方向经过摆球的最低位置记数一次，用秒表记录摆球从同一方向n次（全振动）经过摆球的最低位置时的时间t，则T=(4)为了提高实验精度，在实验中可改变摆长l并测出相应的周期T，再以T2为纵坐标、l为横坐标将所得数据连成直线，如图乙所示，并求得该直线的斜率k。则重力加速度g=（用k表示）。(5)甲同学正确完成实验操作后，整理器材时突然发现：实验中，他一直将摆线长度作为摆长l，利用T2-l图像能否消除摆长不准对实验结果的影响？12.某同学为测量成都当地的重力加速度，设计了如图甲所示的实验装置，横杆AB水平放置，悬挂小钢球的两根轻质细线的长度均为L，且系于小钢球上同一点，两细线之间的夹角为θ。实验步骤如下：(1)用50分度的游标卡尺测量小钢球的直径d。游标卡尺的示数如图乙所示，则小钢球的直径d=mm。(2)使小钢球在垂直于横杆AB的竖直平面内做小角度（小于5°）摆动。小钢球摆动稳定后，以小钢球经过最低位置处开始计时并计数为“1”，以后小钢球每经过最低位置，计数一次，到小钢球第n次经过最低位置时总共用时为t，则小钢球摆动的周期T=（用n、t表示）。(3)根据所测数据，可得成都当地的重力加速度大小g=（用n、t、d、L、θ表示）。13.一同学利用图甲所示装置来测定当地的重力加速度。已知光滑圆弧凹槽ABC的半径为R，弧长为l（R远大于l），B为圆弧轨道最低点，A、C关于B点所在的竖直线对称。小钢球的半径为r（r远小于l），当小钢球经过圆弧轨道最低点B时，光传感器发出的光，恰好能过小钢球的球心。现将小钢球从A点由静止释放，沿凹槽ABC自由往复运动，光传感器接收端接收到一段时间内的光信号强度变化情况如图乙所示（只有ΔT（1）该同学在分析光信号变化情况时，发现Δt与ΔT相比，非常小，可以忽略不计。由此可得出，小钢球往复运动的周期为（2）小钢球在圆弧轨道上的运动与单摆运动相似，根据“用单摆测量重力加速度”实验原理，可得当地的重力加速度g表达式为。（3）由于在计算周期时忽略了Δt，由此测得重力加速度值与真实值相比是14.钟同学欲利用一固定光滑圆弧面测定重力加速度，圆弧面如图甲所示，图中虚线为圆弧面最低处，圆弧面半径约为1.5m(1)用游标卡尺测量小铁球的直径，示数如图乙所示，则小铁球的直径d=cm。(2)钟同学将小铁球从槽中虚线左侧接近虚线处由静止释放，则小铁球的运动可等效为一单摆。当小铁球第一次经过虚线处开始用秒表计时，并计数为1，当计数为60时，所用的时间为t，则等效单摆的周期T=。(3)更换半径不同的金属球进行实验，正确操作，根据实验记录的数据，绘制的T2−d2图像如图丙所示，图中图线的横、纵截距均已标出，则当地的重力加速度g=15.某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素。(1)当他组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹紧，如图所示。这样做的目的是__________。A．保证摆动过程中摆长不变B．可使周期测量得更加准确C．需要改变摆长时便于调节D．保证摆球在同一竖直平面内摆动(2)该同学测得一组摆长和周期但计算的g值比当地标准值偏小，其原因可能是__________。A．开始计时时，秒表过迟按下B．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，使周期变大了C．将摆线长当成了摆长D．摆动次数少记了一次(3)该同学依然按照②中方式代入摆长，但改变摆长测得6组L和对应的周期T，画出L−T2图线，然后在图线上选取A、B两个点，坐标如图所示。他采用恰当的数据处理方法，则计算重力加速度的表达式是g=。请你判断该同学得到的实验结果将16.某同学设计了一个测量重力加速度大小g的实验方案，所用器材有：2g砝码若干、托盘1个、轻质弹簧1根、米尺1把、光电门1个、数字计时器1台等。具体步骤如下：①将弹簧竖直悬挂在固定支架上，弹簧下面挂上装有遮光片的托盘，在托盘内放入一个砝码，如图（a）所示。②用米尺测量平衡时弹簧的长度l，并安装光电门。③将弹簧在弹性限度内拉伸一定长度后释放，使其在竖直方向振动。④用数字计时器记录30次全振动所用时间t。⑤逐次增加托盘内砝码的数量，重复②③④的操作。该同学将振动系统理想化为弹簧振子。已知弹簧振子的振动周期T=2πMk，其中k为弹簧的劲度系数，(1)由步骤④，可知振动周期T=。(2)设弹簧的原长为l0，则l与g、l0、T的关系式为l=(3)由实验数据作出的l−T2图线如图（b）所示，可得g=m/s2(4)本实验的误差来源包括_____（双选，填标号）。A．空气阻力B．弹簧质量不为零C．光电门的位置稍微偏离托盘的平衡位置17.用如图所示实验装置做“单摆测重力加速度”的实验。(1)为了减小测量误差，下列做法正确的是（选填字母代号）。A．将钢球换成塑料球B．当摆球经过平衡位置时开始计时C．把摆球从平衡位置拉开一个很大的角度后释放D．测量摆球完成一次全振动的时间T，根据公式计算重力加速度g(2)若测得的重力加速度g值偏小，可能的原因是（填字母代号）。A．把悬点到摆球下端的长度记为摆长B．把摆线的长度记为摆长C．测量摆线长度时拉得过紧D．实验中误将摆球经过平衡位置49次记为50次(3)某同学用单摆测量重力加速度的大小，他测量摆线的长度l和对应的周期T，得到多组数据，作出了l−T2图像，如图所示。他认为根据图线可求得重力加速度g=4π(4)丙同学画出了单摆做简谐运动时的振动图像如图所示，则摆线偏离竖直方向的最大摆角的正弦值约为（结果保留一位有效数字）。18.（2025·四川绵阳·高三月考）某同学在做“用单摆测量重力加速度”实验中：(1)若摆球的直径为D，悬线长为L，则摆长为；(2)为了减小测量周期的误差，摆球应在经过最（填“高”或“低”）点的位置时开始计时。(3)如采用计算法测得的g值偏大，可能的原因是（）A．单摆的悬点未固定紧，振动中出现松动，使摆线增长了B．把n次全振动的时间误记为n-1次全振动的时间C．以摆线长作为摆长来计算D．以摆线长与摆球的直径之和作为摆长来计算(4)为了提高测量精度，需多次改变L的值并测得相应的T值。现测得的六组数据，标示在以L为横坐标，T2为纵坐标的坐标纸上，即图中用“×”表示的点。根据图中的数据点画出T2与L的关系图线；(5)某次实验所用单摆的摆长为82.50cm，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，则此计算出单摆周期为1.82s，该小组测得的重力加速度大小为m/s2。（结果保留小数点后两位，π2取9.87）(6)某同学用一个摆长为80.0cm的单摆做实验，摆动的最大角度小于5°，完成实验后想设计一个新单摆，要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等。新单摆的摆长应该取为cm。19.（上海·高考真题）在测量引力常量G的实验中，小球（可视为质点）偏离竖直方向一个小角度θ，两球心之间距离为r，质量为M的均匀球快速移开后，小球运动（选填“可以”或“不可以”）视为简谐运动；测量r、M、d和小球的振动周期T，则G=。（θ很小时，sinθ=20.（2024·广西·高考真题）单摆可作为研究简谐运动的理想模型。(1)制作单摆时，在图甲、图乙两种单摆的悬挂方式中，选择图甲方式的目的是要保持摆动中不变；(2)用游标卡尺测量摆球直径，测得读数如图丙，则摆球直径为cm；(3)若将一个周期为T的单摆，从平衡位置拉开5°的角度释放，忽略空气阻力，摆球的振动可看为简谐运动。当地重力加速度为g，以释放时刻作为计时起点，则摆球偏离平衡位置的位移x与时间t的关系为。21.（上海·高考真题）在“用单摆测量重力加速度实验”中，使用下列实验器材．（1）A、1.2m的细线

B、2m的弹性绳

C、带孔的小铁球

D、带孔的软木球

E、光电门传感器应选用哪种绳，应选用哪种球，光电门的摆放位置为（选填“最高点”或“最低点”）（2）右图为光电门传感器电流强度I与t的图像，则周期为()A、t1

B、t2−t1

（3）甲同学用秒表做该实验，但所得周期比该实验得到的大，则可能的原因是．22.（北京·高考真题）用单摆测定重力加速度的实验装置如图所示．（1）组装单摆时，应在下列器材中选用（选填选项前的字母）A．长度为1m左右的细线

B．长度为30cm左右的细线C．直径为1.8cm的塑料球

D．直径为1.8cm的铁球（2）测出悬点O到小球球心的距离（摆长）L及单摆完成n次全振动所用的时间t，则重力加速度g=（用L、n、t表示）（3）下表是某同学记录的3组实验数据，并做了部分计算处理．组次123摆场L/cm80.0090.00100.0050次全振动所用的时间t/s90.095.5100.5振动周期T/s1.801.91重力加速度g/(m·s-2)9.749.73请计算出第3组实验中的T=s，g=m（4）用多组实验数据做出T2−L图像，也可以求出重力加速度g，已知三位同学做出的T2−L图线的示意图如图中的a、b、c所示，其中a和b平行，b和c都过