2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 12.3實驗 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度知能檢測.doc

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2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 12.3實驗 探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度知能檢測 知識點 題號 實驗原理和操作 3 注意事項和誤差分析 1、2 數(shù)據(jù)處理 4、5、6 實驗創(chuàng)新設(shè)計 7 C．開始擺動時振幅過小 D．所用擺球的質(zhì)量過大 解析：由T＝2π得g＝l，g值偏大說明l偏大或T偏?。褢覓鞝顟B(tài)的擺線長當(dāng)成擺長，會使l偏小，g值偏小，A錯；擺球第30次通過平衡位置時，實際上共完成15次全振動，周期T＝，誤認(rèn)為30次全振動，T變小引起g值明顯偏大，B對；單擺周期與振幅和擺球質(zhì)量無關(guān)，C、D錯誤。 答案：B 3．在“用單擺測定重力加速度”的實驗中： (1)下面所給器材中，選用哪些器材較好，請把所選用器材前的字母依次填寫在題后的橫線上． A．長1 m左右的細(xì)線　　 B．長30 cm左右的細(xì)線 C．直徑2 cm的鉛球 D．直徑2 cm的鋁球 E．秒表 F．時鐘 G．最小刻度是厘米的直尺 H．最小刻度是毫米的直尺 所選用的器材是________________________________________________________________________。 (2)實驗時對擺線偏離豎直線的偏角要求是________________________________________________________________________。 解析：本實驗的原理：振動的單擺，當(dāng)擺角＜10時，其振動周期與擺長的平方根成正比，與重力加速度的平方根成反比，而與偏角的大小(振幅)、擺球的質(zhì)量無關(guān)，周期公式為T＝2π，變換這個公式可得g＝4π2.因此，本實驗中測出單擺的擺長l和振動周期T，就可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的值，本實驗的目的是測量重力加速度g的值，而非驗證單擺的振動規(guī)律．因此實驗中應(yīng)選用較長的擺長l，這樣既能減小擺長的測量誤差，又易于保證偏角θ不大于10，而且由于振動緩慢，方便計數(shù)和計時，故選A. 本實驗所用的實際擺要符合理論要求，擺長要有1 m左右，應(yīng)選用不易伸長的細(xì)線，擺球直徑要小于2 cm，應(yīng)選用較重的小球，故選C. 由于重力加速度g與周期的平方成反比，周期T的測量誤差對g的影響是較大的，所用計時工具應(yīng)選精確度高一些的，故選E. 由于擺長l應(yīng)是懸點到鉛球的邊緣的距離l加上鉛球的半徑r.鉛球半徑用游標(biāo)卡尺測量出(也可由教師測出后提供數(shù)據(jù))，因此l應(yīng)讀數(shù)準(zhǔn)確到毫米位．實驗中應(yīng)用米尺或鋼卷尺來測量，故選H. 答案：(1)A、C、E、H　(2)小于10 4．將一單擺裝置豎直懸掛于某一深度為h(未知)且開口向下的小筒中(單擺的下部分露于筒外)，如圖甲所示，將懸線拉離平衡位置一個小角度后由靜止釋放，設(shè)單擺擺動過程中懸線不會碰到筒壁，如果本實驗的長度測量工具只能測量出筒的下端口到擺球球心的距離L，并通過改變L而測出對應(yīng)的擺動周期T，再以T2為縱軸、L為橫軸作出函數(shù)關(guān)系圖象，那么就可以通過此圖象得出小筒的深度h和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭. (1)現(xiàn)有如下測量工具：A.時鐘；B.秒表；C.天平；D.毫米刻度尺．本實驗所需的測量工具有________________________________________________________________________； (2)如果實驗中所得到的T2－L關(guān)系圖象如圖乙所示，那么真正的圖象應(yīng)該是a、b、c中的________________________________________________________________________； (3)由圖象可知，小筒的深度h＝________m；當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝________m/s2. 解析：(1)測量筒的下端口到擺球球心之間的距離L，用到毫米刻度尺，測單擺的周期用秒表，所以測量工具選B、D. (2)設(shè)擺線在筒內(nèi)部分的長度為h，由T＝2π得，T2＝L＋h，可知T2－L關(guān)系圖象為a. (3)將T2＝0，L＝－30 cm代入上式可得： h＝30 cm＝0.3 m； 將T2＝1.20，L＝0代入上式可求得：g＝π2 m/s2＝9.86 m/s2. 答案：(1)BD　(2)a　(3)0.3　9.86 5．某同學(xué)在做“利用單擺測重力加速度”的實驗時，先測得擺線長為101.00 cm，擺球直徑為2.00 cm，然后用秒表記錄了單擺振動50次所用的時間為101.5 s，則 (1)他測得的重力加速度g＝________m/s2. (2)為了提高實驗精度，在實驗中可改變幾次擺長l并測出相應(yīng)的周期T，從而得出一組對應(yīng)的l與T的數(shù)據(jù)，再以l為橫坐標(biāo)、T 2為縱坐標(biāo)將所得數(shù)據(jù)連成直線，并求得該直線的斜率k.則重力加速度g＝________.(用k表示) 解析：(1)本次實驗中的擺長l＝L＋r＝(101.00＋1.00)cm＝1.0200 m，周期T＝＝ s＝2.03 s， 由公式g＝可以解得g＝9.76 m/s2； (2)由公式g＝得：T2＝l，這是一條T2關(guān)于l的一元一次函數(shù)(如y＝kx)，所以它的斜率是k＝，所以g＝. 答案：(1)9.76　(2) 6．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，下列說法中正確的是(　　) A．用米尺測出擺線的長度，記為擺長l B．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α(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 (2)實驗測得的數(shù)據(jù)如下表所示： 次數(shù) 1 2 3 4 5 擺長l/cm 80.0 90.00 100.00 110.00 120.00 30次全振動時間t/s 53.8 56.9 60.0 62.8 65.7 振動周期T/s 1.79 1.90 2.00 2.09 2.19 振動周期的平方T2/s2 3.20 3.61 4.00 4.37 4.80 請將測量數(shù)據(jù)標(biāo)在圖中，并在圖中作出T2隨l變化的關(guān)系圖象. (3)根據(jù)數(shù)據(jù)及圖象可知單擺周期的平方與擺長的關(guān)系是________． (4)根據(jù)圖象，可求得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹開_______m/s2.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 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，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；單擺在擺角接近5可認(rèn)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． (3)通過作出的圖象說明單擺周期的平方和擺長成正比． (4)根據(jù)圖象求出圖線的斜率k，再根據(jù)單擺的周期公式可得g＝，進(jìn)而求出重力加速度g. 答案：(1)C　(2)見圖　(3)成正比　(4)9.86 7．在做“用單擺測定重力加速度”的實驗時，用擺長l和周期T計算重力加速度的公式是g＝. (1)如果已知擺球直徑為2.00 cm，讓刻度尺的零點對準(zhǔn)擺線的懸點，擺線豎直下垂，如圖 (甲)所示，那么單擺擺長是________m，如果測定了40次全振動的時間如圖(乙)中秒表所示，那么秒表讀數(shù)是________s，單擺的振動周期是________s. (2)如果測得的g值偏小，可能的原因是________(填寫代號)． A．測擺長時，忘記了擺球的半徑 B．?dāng)[線上端懸點未固定，振動中出現(xiàn)松動，使擺線長度增加了 C．開始計時時，秒表過早按下 D．實驗中誤將39次全振動次數(shù)記為40次 (3)某同學(xué)在實驗中，測量6種不同擺長情況下單擺的振動周期，記錄表格如下： l/m 0.4 0.5 0.8 0.9 1.0 1.2 T/s 1.26 1.42 1.79 1.90 2.00 2.20 T2/s2 1.59 2.02 3.20 3.61 4.00 4.84 以l為橫坐標(biāo)、T2為縱坐標(biāo)，作出T2－l圖線，并利用此圖線求重力加速度g. 解析：(1)刻度尺的零點對準(zhǔn)擺線的懸點，故單擺的擺長l＝(88.50－) cm＝87.50 cm＝0.875 0 m. 秒表的讀數(shù)t＝(60＋15.2) s＝75.2 s. 單擺的周期T＝＝1.88 s. (2)由公式g＝可知，g偏小的原因可能是測量擺長l時，測量值比真實值偏小或測量周期偏大，故選項A、B、C正確． (3)由單擺周期公式可得T2＝，所以T2－l圖線是過坐標(biāo)原點的一條直線，直線斜率是k＝，g＝.在圖線上取相距較遠(yuǎn)的兩點(l1，T)，(l2，T)，則k＝，所以g＝.作出圖象如圖所示，由直線上的點(0.4,1.59)和(1.0,4.00)可求出 k＝＝4，g＝＝ m/s2＝9.86 m/s2. 答案：(1)0.875 0　75.2　1.88　(2)ABC　(3)圖見解析　9.86 m/s2