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).doc

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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) 7 C．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T＝2π得g＝l，g值偏大說(shuō)明l偏大或T偏?。褢覓鞝顟B(tài)的擺線長(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：B 3．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在題后的橫線上． A．長(zhǎng)1 m左右的細(xì)線　　 B．長(zhǎng)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(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)擺線偏離豎直線的偏角要求是________________________________________________________________________。 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＝2π，變換這個(gè)公式可得g＝4π2.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θ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，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10 4．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(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)擺線在筒內(nèi)部分的長(zhǎng)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(cè)重力加速度”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，先測(cè)得擺線長(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，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(shí)驗(yàn)中的擺長(zhǎng)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(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)出擺線的長(zhǎng)度，記為擺長(zhǎng)l B．先將擺球和擺線放在水平桌面上測(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(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) 1 2 3 4 5 擺長(zhǎng)l/cm 80.0 90.00 100.00 110.00 120.00 30次全振動(dòng)時(shí)間t/s 53.8 56.9 60.0 62.8 65.7 振動(dòng)周期T/s 1.79 1.90 2.00 2.09 2.19 振動(dòng)周期的平方T2/s2 3.20 3.61 4.00 4.37 4.80 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)、連線可得到單擺的T2－l圖象，近似為一條直線． (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)9.86 7．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)擺線的懸點(diǎn)，擺線豎直下垂，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________(填寫代號(hào))． A．測(cè)擺長(zhǎng)時(shí)，忘記了擺球的半徑 B．?dāng)[線上端懸點(diǎn)未固定，振動(dòng)中出現(xiàn)松動(dòng)，使擺線長(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/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(diǎn)對(duì)準(zhǔn)擺線的懸點(diǎn)，故單擺的擺長(zhǎng)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(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T2－l圖線是過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)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(diǎn)(l1，T)，(l2，T)，則k＝，所以g＝.作出圖象如圖所示，由直線上的點(diǎn)(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(jiàn)解析　9.86 m/s2