2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 12.3實(shí)驗(yàn) 探究單擺的運(yùn)動(dòng)、用單擺測(cè)定重力加速度知能檢測(cè)知識(shí)點(diǎn)題號(hào)實(shí)驗(yàn)原理和操作3注意事項(xiàng)和誤差分析1、2數(shù)據(jù)處理4、5、6實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)7C開(kāi)始擺動(dòng)時(shí)振幅過(guò)小D所用擺球的質(zhì)量過(guò)大解析：由T2得gl，g值偏大說(shuō)明l偏大或T偏小把懸掛狀態(tài)的擺線(xiàn)長(zhǎng)當(dāng)成擺長(zhǎng)，會(huì)使l偏小，g值偏小，A錯(cuò)；擺球第30次通過(guò)平衡位置時(shí)，實(shí)際上共完成15次全振動(dòng)，周期T，誤認(rèn)為30次全振動(dòng)，T變小引起g值明顯偏大，B對(duì)；單擺周期與振幅和擺球質(zhì)量無(wú)關(guān)，C、D錯(cuò)誤。答案：B3在“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中：(1)下面所給器材中，選用哪些器材較好，請(qǐng)把所選用器材前的字母依次填寫(xiě)在題后的橫線(xiàn)上A長(zhǎng)1 m左右的細(xì)線(xiàn)B長(zhǎng)30 cm左右的細(xì)線(xiàn)C直徑2 cm的鉛球 D直徑2 cm的鋁球E秒表 F時(shí)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(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)擺線(xiàn)偏離豎直線(xiàn)的偏角要求是_。解析：本實(shí)驗(yàn)的原理：振動(dòng)的單擺，當(dāng)擺角10時(shí)，其振動(dòng)周期與擺長(zhǎng)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(wú)關(guān)，周期公式為T(mén)2，變換這個(gè)公式可得g42.因此，本實(shí)驗(yàn)中測(cè)出單擺的擺長(zhǎng)l和振動(dòng)周期T，就可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的值，本實(shí)驗(yàn)的目的是測(cè)量重力加速度g的值，而非驗(yàn)證單擺的振動(dòng)規(guī)律因此實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用較長(zhǎng)的擺長(zhǎng)l，這樣既能減小擺長(zhǎng)的測(cè)量誤差，又易于保證偏角不大于10，而且由于振動(dòng)緩慢，方便計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)，故選A.本實(shí)驗(yàn)所用的實(shí)際擺要符合理論要求，擺長(zhǎng)要有1 m左右，應(yīng)選用不易伸長(zhǎng)的細(xì)線(xiàn)，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(cè)量誤差對(duì)g的影響是較大的，所用計(jì)時(shí)工具應(yīng)選精確度高一些的，故選E.由于擺長(zhǎng)l應(yīng)是懸點(diǎn)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(cè)量出(也可由教師測(cè)出后提供數(shù)據(jù))，因此l應(yīng)讀數(shù)準(zhǔn)確到毫米位實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用米尺或鋼卷尺來(lái)測(cè)量，故選H.答案：(1)A、C、E、H(2)小于104將一單擺裝置豎直懸掛于某一深度為h(未知)且開(kāi)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(xiàn)拉離平衡位置一個(gè)小角度后由靜止釋放，設(shè)單擺擺動(dòng)過(guò)程中懸線(xiàn)不會(huì)碰到筒壁，如果本實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)度測(cè)量工具只能測(cè)量出筒的下端口到擺球球心的距離L，并通過(guò)改變L而測(cè)出對(duì)應(yīng)的擺動(dòng)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(guò)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(cè)量工具：A.時(shí)鐘；B.秒表；C.天平；D.毫米刻度尺本實(shí)驗(yàn)所需的測(cè)量工具有_；(2)如果實(shí)驗(yàn)中所得到的T2L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(cè)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(cè)單擺的周期用秒表，所以測(cè)量工具選B、D.(2)設(shè)擺線(xiàn)在筒內(nèi)部分的長(zhǎng)度為h，由T2得，T2Lh，可知T2L關(guān)系圖象為a.(3)將T20，L30 cm代入上式可得：h30 cm0.3 m；將T21.20，L0代入上式可求得：g2 m/s29.86 m/s2.答案：(1)BD(2)a(3)0.39.865某同學(xué)在做“利用單擺測(cè)重力加速度”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，先測(cè)得擺線(xiàn)長(zhǎng)為101.00 cm，擺球直徑為2.00 cm，然后用秒表記錄了單擺振動(dòng)50次所用的時(shí)間為101.5 s，則(1)他測(cè)得的重力加速度g_m/s2.(2)為了提高實(shí)驗(yàn)精度，在實(shí)驗(yàn)中可改變幾次擺長(zhǎng)l并測(cè)出相應(yīng)的周期T，從而得出一組對(duì)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(xiàn)，并求得該直線(xiàn)的斜率k.則重力加速度g_.(用k表示)解析：(1)本次實(shí)驗(yàn)中的擺長(zhǎng)lLr(101.001.00)cm1.0200 m，周期T s2.03 s，由公式g可以解得g9.76 m/s2；(2)由公式g得：T2l，這是一條T2關(guān)于l的一元一次函數(shù)(如ykx)，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(zhǎng)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，(1)關(guān)于安裝儀器及測(cè)量時(shí)的一些實(shí)驗(yàn)操作，下列說(shuō)法中正確的是()A用米尺測(cè)出擺線(xiàn)的長(zhǎng)度，記為擺長(zhǎng)lB先將擺球和擺線(xiàn)放在水平桌面上測(cè)量擺長(zhǎng)l，再將單擺懸掛在鐵架臺(tái)上C使擺線(xiàn)偏離豎直方向某一角度(接近5)，然后由靜止釋放擺球D測(cè)出擺球兩次通過(guò)最低點(diǎn)的時(shí)間間隔記為此單擺振動(dòng)的周期 (2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)如下表所示：次數(shù)12345擺長(zhǎng)l/cm80.090.00100.00110.00120.0030次全振動(dòng)時(shí)間t/s53.856.960.062.865.7振動(dòng)周期T/s1.791.902.002.092.19振動(dòng)周期的平方T2/s23.203.614.004.374.80請(qǐng)將測(cè)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(zhǎng)的關(guān)系是_(4)根據(jù)圖象，可求得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹開(kāi)m/s2.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 解析：(1)本實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)將擺球和擺線(xiàn)組成單擺之后再測(cè)量其擺長(zhǎng)，擺長(zhǎng)應(yīng)為懸點(diǎn)到擺球球心的距離，故A、B錯(cuò)誤；測(cè)量單擺的周期時(shí)，應(yīng)為相鄰兩次通過(guò)最低點(diǎn)并且通過(guò)最低點(diǎn)的速度方向相同，即單擺做一次全振動(dòng)，這段時(shí)間才為一個(gè)周期，為了減小誤差，須測(cè)量單擺的多個(gè)周期，然后再取平均值求出一個(gè)周期，故D錯(cuò)誤；單擺在擺角接近5可認(rèn)為做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，故C正確. (2)通過(guò)描點(diǎn)、連線(xiàn)可得到單擺的T2l圖象，近似為一條直線(xiàn)(3)通過(guò)作出的圖象說(shuō)明單擺周期的平方和擺長(zhǎng)成正比(4)根據(jù)圖象求出圖線(xiàn)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(jiàn)圖(3)成正比(4)9.867在做“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用擺長(zhǎng)l和周期T計(jì)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(diǎn)對(duì)準(zhǔn)擺線(xiàn)的懸點(diǎn)，擺線(xiàn)豎直下垂，如圖 (甲)所示，那么單擺擺長(zhǎng)是_m，如果測(cè)定了40次全振動(dòng)的時(shí)間如圖(乙)中秒表所示，那么秒表讀數(shù)是_s，單擺的振動(dòng)周期是_s. (2)如果測(cè)得的g值偏小，可能的原因是_(填寫(xiě)代號(hào))A測(cè)擺長(zhǎng)時(shí)，忘記了擺球的半徑B擺線(xiàn)上端懸點(diǎn)未固定，振動(dòng)中出現(xiàn)松動(dòng)，使擺線(xiàn)長(zhǎng)度增加了C開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)，秒表過(guò)早按下D實(shí)驗(yàn)中誤將39次全振動(dòng)次數(shù)記為40次(3)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量6種不同擺長(zhǎng)情況下單擺的振動(dòng)周期，記錄表格如下：l/m0.40.50.80.91.01.2T/s1.261.421.791.902.002.20T2/s21.592.023.203.614.004.84以l為橫坐標(biāo)、T2為縱坐標(biāo)，作出T2l圖線(xiàn)，并利用此圖線(xiàn)求重力加速度g.解析：(1)刻度尺的零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)擺線(xiàn)的懸點(diǎn)，故單擺的擺長(zhǎng)l(88.50) cm87.50 cm0.875 0 m.秒表的讀數(shù)t(6015.2) s75.2 s.單擺的周期T1.88 s.(2)由公式g可知，g偏小的原因可能是測(cè)量擺長(zhǎng)l時(shí)，測(cè)量值比真實(shí)值偏小或測(cè)量周期偏大，故選項(xiàng)A、B、C正確(3)由單擺周期公式可得T2，所以T2l圖線(xiàn)是過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線(xiàn)，直線(xiàn)斜率是k，g.在圖線(xiàn)上取相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)(l1，T)，(l2，T)，則k，所以g.作出圖象如圖所示，由直線(xiàn)上的點(diǎn)(0.4,1.59)和(1.0,4.00)可求出 k4，g m/s29.86 m/s2.答案：(1)0.875 075.21.88(2)ABC(3)圖見(jiàn)解析9.86 m/s2