2.5实验：用单摆测量重力加速度 学案-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册（含答案）

2.5用单摆测量重力加速度学案一学科核心素养物理观念知道实验原理，会用运动与相互作用的观念来分析单摆的运动。科学思维用科学的方法对实验过程进行综合分析、推理论证，对实验数据的处理科学有效，会分析误差产生的原因。科学探究能够在实验过程中通过观察发现问题，并分析问题产生的原因，能够基于实验数据得出结论并进行交流反思。科学态度与责任在动手实验过程中，培养学生严谨认真、实事求是的科学态度，以及为祖国做贡献的社会责任。二学习重难点重点实验设计思路、实验原理及周期、摆长的测量；难点用两种方法进行数据处理及实验误差分析。三课前预习1．某实验小组用如图甲所示的单摆测定当地的重力加速度。（1）实验室有如下器材可供选用：A．长约1m的细线B．长约1m的橡皮绳C．直径约2cm的均匀铁球D．直径约5cm的均匀木球E．秒表

F．时钟

G．最小刻度为毫米的米尺顺利完成该实验，需要从上述器材中选择__________（填写器材前面的字母）；（2）某同学用游标卡尺测量小球的直径d，其示数如图乙所示，于是小球的直径d＝_______cm；（3）其他同学还测出了细线的长度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d、L、n、t表示）2．如图，做“用单摆测重力加速度”的实验装置。（1）实验前根据单摆周期公式推导出重力加速度的表达式，四位同学对表达式有不同的观点。同学甲认为，T一定时，g与l成正比。同学乙认为，l一定时，g与T2成正比。同学丙认为，l变化时，T2是不变的。同学丁认为，l变化时，l与T2比值是定值。其中观点正确的是_________（选填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”）（2）实验时摆线与悬点连接处用铁架夹住摆线，用米尺测得摆线长度，用秒表测得摆球直径和50次全振动时间。下表是某次记录的一组数据，请填空。次数摆线长度（cm）摆球直径（cm）50次全振动时间（s）摆长L（cm）重力加速度g（m/s2）187.002.0100.0____________（3）某同学实验时，随意地将摆线绕在铁架上，其他操作同上，则其对测得重力加速度的结果_________（选填“有影响”或“无影响”），理由是_______________。3．在用单摆测量重力加速度的实验中，下面的叙述哪些是正确的________？哪些是错误的________？A．摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一些B．摆球尽量选择质量大些、体积小些的C．为了使摆的周期大一些，以方便测量，开始时拉开摆球，使摆角较大D．用刻度尺测量摆线的长度，这就是单摆的摆长E.释放摆球，从摆球经过平衡位置开始计时，记下摆球做50次全振动所用的时间，则单摆周期4．老师带着几名学生进行野外考察．登上一山峰后，他们想粗略测出山顶处的重力加速度．于是他们用细线拴好石块P系在树干上做成一个简易单摆，如图所示．然后用随身携带的钢卷尺、秒表进行相应的测量．同学们首先测出摆长L，然后将石块拉开一个小角度由静止释放，使石块在竖直平面内摆动．用秒表测出单摆完成n次全振动所用的时间t．（1）利用测量数据计算山顶处重力加速度的表达式g=__________（2）若某次用秒表测量若干次全振动所用的时间如图所示，则所时间为t=______s（3）若同学们在某次测量中，振动周期测量正确，但测量摆长时从悬点一直量到石块下端，所以用这次测量数据计算出来的山顶处重力加速度值比真实值_______（选填“偏大”、“偏小”或“相等”）．5．利用单摆可以测量地球的重力加速度g，若摆线长为L，摆球直径为D，周期为T，则当地的重力加速度_____利用单摆的等时性，人们制成了摆钟。若地球上标准钟秒针转一周用时，已知，那么将该钟拿到月球上时，秒针转一周所用的时间为_____s（保留到整数位）。四自我检测1．某同学做“用单摆测定重力加速度”的实验时，下列做法正确的是（）A．摆线要选择伸缩性大些的，并且尽可能短一些B．摆球要选择质量大些、体积小些的C．摆长一定的情况下，摆的振幅尽量大D．拉开摆球，在释放摆球的同时开始计时，当摆球回摆到开始位置时停止计时，记录的时间作为单摆周期的测量值2．在用单摆测量重力加速度的实验中，用多组实验数据做出周期（T）的平方和摆长（L）的T2-L图线，可以求出重力加速度g。已知两位同学做出的T2-L图线如图中的a、b所示，其中a和b平行，图线a对应的g值很接近当地重力加速度的值。相对于图线a，关于图线b的分析正确的是（）A．可能是误将绳长记为摆长LB．可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长LC．可能是误将49次全振动记为50次D．根据图线b不能准确测出当地的重力加速度3．如图所示，一轻质弹簧上端固定，下端悬挂一物块，取物块静止时所处位置为坐标原点O，向下为正方向，建立Ox坐标轴。现将物块竖直向下拉到A位置后由静止释放，不计空气阻力。已知物块的质量为m，弹簧的劲度系数为k，A位置的坐标为x1，重力加速度为g。下列说法正确的是（）A．该简谐振动的振幅为2x1B．在任意周期内物块通过的路程一定等于x1C．物块在A位置时的回复力大小为D．物块到O位置时的动能为4．如图所示为用单摆测重力加速度的实验装置，下列说法正确的是（）A．测摆长时，摆线应接好摆球，使摆线处于自然下垂状态B．摆长等于摆线的长度加上摆球的直径C．测单摆的周期时，应从摆球经过最高点速度为0时开始计时D．如果有两个大小相等且都带孔的铜球和木球，应选用木球作摆球5．在用单摆测量重力加速度的实验中，用多组实验数据做出周期（T）的平方和摆长（L）的T2-L图线，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b，下列分析正确的是（）A．图线c对应的g值小于图线b对应的g值B．出现图线c的原因可能是误将51次全振动记为50次C．出现图线a的原因可能是误将悬点到小球上端的距离记为摆长LD．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L6．某同学在山顶找到一块密度较大、体积较小，形状不规则的石块，用细线系住石块使其在竖直平面内小角度摆动，测量石块摆动的周期和对应的细线长度，改变细线的长度，得到多组周期的平方和对应的细线长度，描点得到如图所示的图像，则山顶的重力加速度大小最接近（）A．9.46m/s2 B．9.56m/s2 C．9.66m/s2 D．9.76m/s27．下列振动图象真实地描述了对摆长约为1m的单摆进行周期测量的四种操作过程，图中横坐标原点表示计时开始，A、B、C均为30次全振动的图象，已知sin5°=0.087，sin15°=0.26，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是（）A． B．C． D．8．在用单摆测量重力加速度的实验中，测出摆长和次全振动的时间，从而测定重力加速度。若测出的值偏小，则可能的原因是（）A．摆球质量偏大B．把次全振动记录为次C．将从悬点到摆球上端的长度当作摆长D．将从悬点到摆球下端的长度当作摆长9．某同学利用单摆测量重力加速度，为了使测量误差尽量小，下列说法正确的是（）A．组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球B．组装单摆细线要轻C．实验时须使摆球可旋转D．摆长一定的情况下，摆的振幅尽量大10．下列关于单摆实验过程的具体步骤中，你觉得存在明显问题的是（）A．将细线穿过金属小球上的小孔，在细线的一端打一个稍大一点的结，制成一个单摆B．将单摆平躺在桌上，用刻度尺、游标卡尺分别测量摆线长度和直径，取半径加线长为摆长C．铁架台放在桌边，使固定的铁架伸出桌面，然后把单摆固定在铁夹上，使摆球自由下垂D．当摆动稳定后摆球经过最低点时开始计时，测30~50次全振动的时间，并求出周期参考答案：三课前预习1．

ACEG

1.86

2．