高考物理用單擺測(cè)重力加速度

用單擺測(cè)重力加速度一、實(shí)驗(yàn)技能儲(chǔ)備：（一）實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)擺角很?。ǎr(shí)，單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).單擺的振動(dòng)周期為：只要測(cè)出擺長(zhǎng)l和振動(dòng)周期T，代入公式：就可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的值.（二）實(shí)驗(yàn)器材：?jiǎn)螖[、游標(biāo)卡尺、毫米刻度尺、停表.（三）實(shí)驗(yàn)過程：1.讓細(xì)線的一端穿過金屬小球的小孔，做成單擺.2.把細(xì)線的上端用鐵夾固定在鐵架臺(tái)上，把鐵架臺(tái)放在實(shí)驗(yàn)桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，讓擺球自然下垂，在單擺平衡位置處做上標(biāo)記，如圖1所示.3.用毫米刻度尺量出擺線長(zhǎng)度l′，用游標(biāo)卡尺測(cè)出金屬小球的直徑，即得出金屬小球半徑r，計(jì)算出擺長(zhǎng)l＝l′＋r.4.把單擺從平衡位置處拉開一個(gè)很小的角度(不超過5°)，然后放開金屬小球，讓金屬小球擺動(dòng)，待擺動(dòng)平穩(wěn)后測(cè)出單擺完成30～50次全振動(dòng)所用的時(shí)間t，計(jì)算出單擺的振動(dòng)周期T.5.根據(jù)單擺周期公式，計(jì)算當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?6.改變擺長(zhǎng)，重做幾次實(shí)驗(yàn).（四）數(shù)據(jù)處理：1.公式法：利用公式：求出重力加速度g，多次實(shí)驗(yàn)，再求出g的平均值，作為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?2.圖像法：根據(jù)測(cè)出的一系列擺長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的周期T，作－T2的圖像，由單擺周期公式得圖像應(yīng)是一條通過原點(diǎn)的直線，如圖所示，求出圖線的斜率k，即可利用求重力加速度.（五）注意事項(xiàng)：1.懸線頂端不能晃動(dòng)，需用夾子夾住，保證懸點(diǎn)固定（不能纏繞）.2.單擺必須在同一平面內(nèi)振動(dòng)，且擺角小于5°.3.選擇在擺球擺到平衡位置處時(shí)開始計(jì)時(shí)，并數(shù)準(zhǔn)全振動(dòng)的次數(shù).4.小球自然下垂時(shí)，用毫米刻度尺量出懸線長(zhǎng)l′，用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑，然后算出擺球的半徑r，則擺長(zhǎng)l＝l′＋r.5.一般選用一米左右的細(xì)線（不能過長(zhǎng)或過短）.6.必須用密度較大的材料制成擺球.二、教材原型實(shí)驗(yàn)：例1.實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)們用如圖3所示的裝置做“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn).(1)測(cè)出懸點(diǎn)O到小球球心的距離(擺長(zhǎng))l及單擺完成n次全振動(dòng)所用的時(shí)間t，則重力加速度g＝________.(用l、n、t表示)(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)除用到停表、刻度尺外，還應(yīng)該用到下列器材中的________.(填選項(xiàng)前的字母)A.長(zhǎng)約1m的細(xì)線B.長(zhǎng)約1m的橡皮繩C.直徑約1cm的均勻鐵球D.直徑約10cm的均勻木球AC(3)選擇好器材，將符合實(shí)驗(yàn)要求的單擺懸掛在鐵架臺(tái)上，應(yīng)采用圖4________中所示的固定方式.乙(4)某實(shí)驗(yàn)小組組裝單擺時(shí)，在擺線上端的懸點(diǎn)處，用一塊開有狹縫的橡皮夾牢擺線，再用鐵架臺(tái)的鐵夾將橡皮夾緊，如圖5所示，這樣做的目的是________.(填選項(xiàng)前的字母)A.保持?jǐn)[動(dòng)過程中擺長(zhǎng)不變B.可使周期測(cè)量得更加準(zhǔn)確C.需要改變擺長(zhǎng)時(shí)便于調(diào)節(jié)D.保證擺球在同一豎直平面內(nèi)擺動(dòng)AC(5)他組裝好單擺后在擺球自然懸垂的情況下，用毫米刻度尺量得從懸點(diǎn)到擺球的最低端的長(zhǎng)度L＝0.9990m，再用游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球直徑，結(jié)果如圖6所示，則該擺球的直徑為______mm.12.0(6)將單擺正確懸掛后進(jìn)行如下操作，其中正確的是________.(填選項(xiàng)前的字母)A.測(cè)出擺線長(zhǎng)作為單擺的擺長(zhǎng)B.把單擺從平衡位置拉開一個(gè)很小的角度釋放，使之做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)C.在擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)開始計(jì)時(shí)D.用停表測(cè)量擺球完成一次全振動(dòng)所用時(shí)間并作為單擺的周期BC(7)甲同學(xué)多次改變單擺的擺長(zhǎng)并測(cè)得相應(yīng)的周期，他根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)畫出了如圖7所示的圖像，但忘記在圖中標(biāo)明橫坐標(biāo)所代表的物理量.你認(rèn)為橫坐標(biāo)所代表的物理量是________(填“”“”或“”)，若圖線斜率為k，則重力加速度g＝________(用k表示).(8)乙同學(xué)測(cè)得的重力加速度數(shù)值大于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊膶?shí)際值，造成這一情況的原因可能是________.(填選項(xiàng)前的字母)A.開始擺動(dòng)時(shí)振幅較小B.開始計(jì)時(shí)時(shí)，過早按下停表C.測(cè)量周期時(shí)，誤將擺球(n－1)次全振動(dòng)的時(shí)間記為n次全振動(dòng)的時(shí)間D.測(cè)量擺長(zhǎng)時(shí)，以懸點(diǎn)到小球下端邊緣的距離為擺長(zhǎng)CD某同學(xué)在“用單擺測(cè)重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了如下的操作：(1)用游標(biāo)上有10個(gè)小格的游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球直徑如圖8甲所示，擺球直徑為________cm，把擺球用細(xì)線懸掛在鐵架臺(tái)上，測(cè)量擺線長(zhǎng)l0，通過計(jì)算得到擺長(zhǎng)L.2.06(2)用停表測(cè)量單擺的周期.當(dāng)單擺擺動(dòng)穩(wěn)定且到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)并記為n＝0，單擺每經(jīng)過最低點(diǎn)記一次數(shù)，當(dāng)數(shù)到n＝60時(shí)停表的示數(shù)如圖乙所示，該單擺的周期T＝________s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字).2.25(3)測(cè)量出多組周期T、擺長(zhǎng)L數(shù)值后，畫出T2－L圖像如圖丙，造成圖線不過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因可能是________.A.擺球的振幅過小 B.將l0計(jì)為擺長(zhǎng)LC.將(l0＋d)計(jì)為擺長(zhǎng)LD.擺球質(zhì)量過大B(4)該小組的另一同學(xué)沒有使用游標(biāo)卡尺也測(cè)出了重力加速度.他采用的方法是：先測(cè)出一擺線較長(zhǎng)的單擺的振動(dòng)周期T1，然后把擺線縮短適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度ΔL，再測(cè)出其振動(dòng)周期T2.用該同學(xué)測(cè)出的物理量表示重力加速度為g＝________.三、拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：例2.在探究單擺運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中：(1)圖9(a)是用力傳感器對(duì)單擺振動(dòng)過程進(jìn)行測(cè)量的裝置圖，圖(b)是與力傳感器連接的計(jì)算機(jī)屏幕所顯示的F－t圖像，根據(jù)圖(b)的信息可得，從t＝0時(shí)刻開始擺球第一次擺到最低點(diǎn)的時(shí)刻為________s，擺長(zhǎng)為________m(取π2＝10，重力加速度大小g＝10m/s2).0.50.64(2)單擺振動(dòng)的回復(fù)力是________.A.擺球所受的重力B.擺球重力在垂直擺線方向上的分力C.擺線對(duì)擺球的拉力D.擺球所受重力和擺線對(duì)擺球拉力的合力B(3)某同學(xué)的操作步驟如下，其中正確的是________.A.取一根細(xì)線，下端系住直徑為d的金屬小球，上端固定在鐵架臺(tái)上B.用米尺量得細(xì)線長(zhǎng)度l，測(cè)得擺長(zhǎng)為lC.在擺線偏離豎直方向5°位置靜止釋放小球D.讓小球在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，測(cè)得擺動(dòng)周期，再根據(jù)公式計(jì)算重力加速度AC例3在“探究單擺的周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，擺球在垂直紙面的平面內(nèi)擺動(dòng).如圖10甲所示，在擺球運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)的左、右兩側(cè)分別放置一激光光源與光敏電阻.光敏電阻