高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十四章 機械振動 機械波 光學(xué) 實驗14 探究單擺的運動 用單擺測定重力加速度課件 新人教版

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1、實驗14探究單擺的運動 用單擺測定重力加速度必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-2-2-2-2-一、實驗?zāi)康?.會用單擺測定重力加速度。2.會使用停表。二、實驗原理三、實驗器材帶有鐵夾的鐵架臺、中心有小孔的金屬小球、不易伸長的細線(約1 m)、停表、刻度尺和游標卡尺。必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-3-3-3-3-四、實驗步驟1.做單擺:取約1 m長的細絲線穿過帶孔的小鋼球,并打一個比小孔大一些的結(jié),然后把線的另一端用鐵夾固定在鐵架臺上,讓擺球自然下垂,如圖所示。2.測擺長:用毫米刻度尺量出擺線長l(精確到毫米),用游標卡尺測出小球直徑d,則單擺的擺長l=l+ 。必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-4-4-4-4-3.

2、測周期:將單擺從平衡位置拉開一個角度(小于5),然后釋放小球,記下單擺擺動3050次的總時間,算出平均每擺動一次的時間,即為單擺的振動周期。4.改變擺長,重做幾次實驗。必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-5-5-5-5-五、數(shù)據(jù)處理1.公式法將幾次測得的周期T和擺長l分別代入關(guān)系式g= ,算出各組數(shù)據(jù)對應(yīng)的重力加速度g的值,再算出g的平均值,即為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊闹怠?.圖象法必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-6-6-6-6-六、注意事項1.實驗所用的單擺應(yīng)符合理論要求,即線要細、輕、不易伸長,擺球要體積小、質(zhì)量大(密度大)。2.單擺懸線上端要固定,即用鐵夾夾緊,以免擺球擺動時擺線長度不穩(wěn)定。3.測量單擺周期時

3、,應(yīng)從擺球經(jīng)過平衡位置(即最低點)時開始計時,以后擺球從同一方向通過平衡位置時進行計數(shù),且在數(shù)“零”的同時按下停表,開始計時、計數(shù)。4.擺動時,要使之保持在同一個運動平面內(nèi),且偏角小于5,不要形成圓錐擺。必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-7-7-7-7-命題點一命題點二命題點三實驗原理與操作實驗原理與操作例1(2017四川眉山期中)根據(jù)單擺周期公式T=2 ,可以通過實驗測量出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取Ｈ鐖D甲所示,將細線的上端固定在鐵架臺上,下端系一小鋼球,就做成了單擺。必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-8-8-8-8-命題點一命題點二命題點三(1)用游標卡尺測量小鋼球直徑,示數(shù)如圖乙所示,讀數(shù)為 mm。 必備知識關(guān)鍵

4、能力對應(yīng)演練-9-9-9-9-命題點一命題點二命題點三(2)(多選)以下是實驗過程中的一些做法,其中正確的有。 A.擺線要選擇細些的、伸縮性小些的,并且盡可能長一些B.擺球盡量選擇質(zhì)量大些、體積小些的C.為了使擺的周期大一些,以方便測量,開始時拉開擺球,使擺線相距平衡位置有較大的角度D.拉開擺球,使擺線偏離平衡位置不大于5,在釋放擺球的同時開始計時,當(dāng)擺球回到開始位置時停止計時,時間間隔t即為單擺周期TE.拉開擺球,使擺線偏離平衡位置不大于5,釋放擺球,當(dāng)擺球擺動穩(wěn)定后,從平衡位置開始計時,記下擺球做50次全振動所用的時間t,則單擺周期T=必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-10-10-10-10-命題

5、點一命題點二命題點三答案:(1)18.6(2)ABE解析:(1)十分度游標尺的第6個刻度線與主尺刻度線對齊,所以讀數(shù)為18.6 mm。(2)對于單擺,擺線質(zhì)量可忽略且不可伸長,所以應(yīng)選伸縮性小的細線,擺球應(yīng)選密度較大、體積小的鋼球;為使擺的周期大一些,由必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-11-11-11-11-命題點一命題點二命題點三用單擺測重力加速度的兩點提醒(1)該實驗為測量性實驗,要從多方面減小誤差:擺球要體積小且密度大;偏角不大于5;測量擺長時,要從懸點到球心;多次測量取平均值;對停表要正確讀數(shù)等。(2)游標卡尺是重要的測量儀器,讀數(shù)規(guī)則是讀數(shù)=主尺上的整毫米數(shù)+精確度n(n為游標尺上與主尺某

6、一刻度對齊的格數(shù))。必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-12-12-12-12-命題點一命題點二命題點三數(shù)據(jù)處理與誤差分析數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2在探究單擺周期與擺長關(guān)系的實驗中,(1)關(guān)于安裝儀器及測量時的一些實驗操作,下列說法正確的是()A.用最小刻度為毫米的刻度尺測出擺線的長度,記為擺長lB.先將擺球和擺線放在水平桌面上測量擺長l,再將單擺懸掛在鐵架臺上C.使擺線偏離豎直方向某一角度(接近5),然后由靜止釋放擺球D.測出擺球兩次通過最低點的時間間隔記為此單擺振動的周期必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-13-13-13-13-命題點一命題點二命題點三(2)實驗測得的數(shù)據(jù)如下表所示: 請將測量數(shù)據(jù)標在圖中,并在

7、圖中作出T2隨l變化的關(guān)系圖象。必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-14-14-14-14-命題點一命題點二命題點三(3)根據(jù)數(shù)據(jù)及圖象可知單擺周期的二次方與擺長的關(guān)系是。 (4)根據(jù)圖象,可求得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?m/s2(取3.14,結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 答案:(1)C(2)如圖所示(3)成正比(4)9.86必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-15-15-15-15-命題點一命題點二命題點三解析:(1)本實驗中,應(yīng)將擺球和擺線組成單擺之后再測量其擺長,擺長應(yīng)為懸點到擺球球心的距離,故A、B錯誤;測量單擺的周期時,應(yīng)為相鄰兩次通過最低點并且通過最低點的速度方向相同,即單擺做一次全振動,這段時間才為一個周期,

8、為了減小誤差,須測量單擺的多個周期,然后再取平均值求出一個周期,故D錯誤;單擺在擺角小于5時可認為做簡諧運動,故C正確。(2)通過描點、連線可得到單擺的T2-l圖象,近似為一條直線,見答案圖。(3)通過作出的圖象說明單擺周期的二次方和擺長成正比。必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-16-16-16-16-命題點一命題點二命題點三應(yīng)用單擺的周期公式T=2 時要注意(1)l為等效擺長,是從懸點到擺球重心的距離,要區(qū)分擺長和擺線長。(2)懸點實質(zhì)為擺球擺動所在圓弧的圓心。必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-17-17-17-17-命題點一命題點二命題點三實驗拓展與創(chuàng)新實驗拓展與創(chuàng)新例3(1)在探究單擺周期與擺長的關(guān)系實

9、驗中,兩位同學(xué)用游標卡尺測量小球的直徑的操作如圖甲、乙所示。測量方法正確的是(選填“甲”或“乙”)。 必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-18-18-18-18-命題點一命題點二命題點三(2)實驗時,若擺球在垂直紙面的平面內(nèi)擺動,為了將人工記錄振動次數(shù)改為自動記錄振動次數(shù),在擺球運動的最低點的左、右兩側(cè)分別放置一激光光源與光敏電阻,如圖丙所示。光敏電阻與某一自動記錄儀相連,該儀器顯示的光敏電阻阻值R隨時間t的變化圖線如圖丁所示,則該單擺的振動周期為。若保持懸點到小球頂點的繩長不變,改用直徑是原小球直徑2倍的另一小球進行實驗,則該單擺的周期將(選填“變大”“不變”或“變小”),圖丁中的t將(選填“變大”“

10、不變”或“變小”)。 必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-19-19-19-19-命題點一命題點二命題點三答案:(1)乙(2)2t0變大變大解析:(1)應(yīng)該用游標卡尺兩外測量爪對齊的地方測量,正確的是圖乙。(2)一個周期內(nèi)小球是兩次經(jīng)過最低點,使光敏電阻的阻值發(fā)生變化,故周期應(yīng)為t1+2t0-t1=2t0;小球的直徑變大后,擺長變長,周期變大;同時小球直徑變大后使得每次經(jīng)過最低點時擺球擋光的時間變長,即t變大。必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-20-20-20-20-1.用單擺測定重力加速度的實驗裝置如圖所示。(1)組裝單擺時,應(yīng)在下列器材中選用(選填選項前的字母)。 A.長度為1 m左右的細線B.長度為30

11、cm左右的細線C.直徑為1.8 cm的塑料球D.直徑為1.8 cm的鐵球(2)測出懸點O到小球球心的距離(擺長)l及單擺完成n次全振動所用的時間t,則重力加速度g=(用l、n、t表示)。 必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-21-21-21-21-(3)下表是某同學(xué)記錄的3組實驗數(shù)據(jù),并做了部分計算處理。 請計算出第3組實驗中的T= s,g= m/s2。 必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-22-22-22-22-(4)用多組實驗數(shù)據(jù)作出T2-l圖象,也可以求出重力加速度g。已知三位同學(xué)作出的T2-l圖線的示意圖如圖中的a、b、c所示,其中a和b平行,b和c都過原點,圖線b對應(yīng)的g值最接近當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹怠t相

12、對于圖線b,下列分析正確的是(選填選項前的字母)。 A.出現(xiàn)圖線a的原因可能是誤將懸點到小球下端的距離記為擺長lB.出現(xiàn)圖線c的原因可能是誤將49次全振動記為50次C.圖線c對應(yīng)的g值小于圖線b對應(yīng)的g值必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-23-23-23-23-(5)某同學(xué)在家里測重力加速度。他找到細線和鐵鎖,制成一個單擺,如圖所示,由于家里只有一把量程為30 cm的刻度尺,于是他在細線上的A點做了一個標記,使得懸點O到A點間的細線長度小于刻度尺量程。保持該標記以下的細線長度不變,通過改變O、A間細線長度以改變擺長。實驗中,當(dāng)O、A間細線的長度分別為l1、l2時,測得相應(yīng)單擺的周期為T1、T2。由此可

13、得重力加速度g=(用l1、l2、T1、T2表示)。 必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-24-24-24-24-解析:(1)單擺模型需要滿足的兩個基本條件是:擺線長遠大于小球的直徑和小球的密度越大越好。所以應(yīng)選A、D。(4)b圖線為正確圖線,a圖線與b圖線相比,測量的周期相同時,擺長短,說明測量擺長偏小,A錯誤;c圖線與b圖線相比,測量擺長相同時,周期偏小,可能出現(xiàn)的原因是多記了全振動次數(shù),所以B正確;必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-25-25-25-25-必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-26-26-26-26-2.(2017四川成都期末)某同學(xué)在用單擺測定重力加速度的實驗中進行了如下的操作:(1)用游標卡尺測量擺

14、球的直徑如圖甲所示,可讀出擺球的直徑為 cm。把擺球用細線懸掛在鐵架臺上,測量擺線長,通過計算得到擺長l。 必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-27-27-27-27-(2)用停表測量單擺的周期。當(dāng)單擺擺動穩(wěn)定且到達最低點時開始計時并記為1,單擺每經(jīng)過最低點計一次數(shù),當(dāng)數(shù)到n=60時停表的示數(shù)如圖乙所示,該單擺的周期是T= s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 (3)測量出多組周期T、擺長l的數(shù)值后,畫出T2-l圖線如圖丙所示,此圖線斜率的物理意義是()(4)在(3)中,描點時若誤將擺線長當(dāng)作擺長,那么畫出的直線將不通過原點,由圖線斜率得到的重力加速度與原來相比,其大小()A.偏大 B.偏小C.不變 D.都有可

15、能必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-28-28-28-28-答案:(1)2.06(2)2.29(3)C(4)C 必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-29-29-29-29-3.某同學(xué)利用單擺測量重力加速度。(1)為了使測量誤差盡量小,下列說法正確的是(填選項字母)。 A.組裝單擺須選用密度和直徑都較小的擺球B.組裝單擺須選用輕且不易伸長的細線C.實驗時須使擺球在同一豎直面內(nèi)擺動D.擺長一定的情況下,擺的振幅盡量大必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-30-30-30-30-(2)如圖所示,在物理支架的豎直立柱上固定有擺長約1 m的單擺。實驗時,由于僅有量程為20 cm、精度為1 mm的鋼板刻度尺,于是他先使擺球自然下垂,在豎直立柱上與擺球最下端處于同一水平面的位置做一標記點,測出單擺的周期T1;然后保持懸點位置不變,設(shè)法將擺長縮短一些,再次使擺球自然下垂,用同樣方法在豎直立柱上做另一標記點,并測出單擺的周期T2;最后用鋼板刻度尺量出豎直立柱上兩標記點之間的距離l。用上述測量結(jié)果,寫出重力加速度的表達式g=。必備知識關(guān)鍵能力對應(yīng)演練-31-31-31-31-解析:(1)應(yīng)選用密度較大且直徑較小的擺球,A錯。在擺動中要盡力保證擺長不變,故應(yīng)選用不易伸長的細線,B對。擺動中要避免單擺成為圓錐擺,擺球要在同一豎直面內(nèi)擺動,C對。擺動中擺角要控制在5以內(nèi),所以D錯。