2022届新高考一轮复习人教版 第十四章 实验十八　用单摆测量重力加速度的大小 课件（45张）

这是一份2022届新高考一轮复习人教版 第十四章 实验十八　用单摆测量重力加速度的大小 课件（45张），共45页。PPT课件主要包含了实验原理与要求，答案2C等内容，欢迎下载使用。
 一、实验目的1．练习使用秒表和刻度尺测单摆的周期。2．用单摆测重力加速度的大小。
2．实验器材带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球、不易伸长的细线(约1 m)、秒表、毫米刻度尺和游标卡尺。3．实验步骤(1)让细线的一端穿过金属小球的小孔，然后打一个比小孔大一些的线结。(2)把细线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂，在单摆平衡位置处做上标记，如实验原理图所示。
4．注意事项(1)悬线顶端不能晃动，需用夹子夹住，保证悬点固定。(2)单摆必须在同一竖直平面内摆动，且摆角小于5°。(3)在摆球摆到平衡位置处时开始计时，并数准全振动的次数。(4)摆球自然下垂时，用毫米刻度尺量出悬线长L。
2．误差分析(1)系统误差主要来源于单摆模型本身是否符合要求。即：悬点是否固定，球、线是否符合要求，振幅是否足够小，摆球是否在同一竖直平面内摆动以及测量哪段长度作为摆长等。
(2)偶然误差主要来自时间(即单摆周期)的测量，因此，要注意测准时间(周期)。要从摆球通过平衡位置开始计时，并采用倒计时计数的方法，即4、3、2、1、0在数“0”的同时按下秒表开始计时。不能多计或漏计振动次数。为了减小偶然误差，应多次测量后取平均值。
(1)用游标卡尺测量小钢球直径，示数如图乙所示，读数为________mm。[解析]　(1)按照游标卡尺的读数原则得小钢球直径为18 mm＋7×0.1 mm＝18.7 mm。[答案]　(1)18.7
[解析] (2)单摆的构成条件：细线质量要小，弹性要小；球要选体积小，密度大的；偏角不超过5°，故a、b正确，c错误。为了减小测量误差，要从摆球摆过平衡位置时计时，且需测量多次全振动所用时间，然后计算出一次全振动所用的时间，故d错误，e正确。 [答案]　(2)abe
实验数据处理及分析[典例2]　在“用单摆测定重力加速度”的实验中：(1)摆动时偏角满足的条件是偏角小于5°，为了减小测量周期的误差，计时开始时，摆球应是经过最________(填“高”或“低”)点的位置，且用停表测量单摆完成多次全振动所用的时间，求出周期。图甲中停表示数为一单摆全振动50次所用的时间，则单摆振动周期为________s。
[答案]　(1)低　2.05
(2)用最小刻度为1 mm的刻度尺测摆长，测量情况如图乙所示。O为悬挂点，从图乙中可知单摆的摆长为________m。(3)若用l表示摆长，T表示周期，那么重力加速度的表达式为g＝________。
(4)考虑到单摆振动时空气浮力的影响后，学生甲说：“因为空气浮力与摆球重力方向相反，它对球的作用相当于重力加速度变小，因此振动周期变大”。学生乙说：“浮力对摆球的影响好像用一个轻一些的摆球做实验，因此振动周期不变”，这两个学生中________。A．甲的说法正确B．乙的说法正确C．两学生的说法都是错误的
[解析]　 (4)由于受到空气浮力的影响，小球的质量没变而相当于小球所受重力减小，即等效重力加速度减小，因而振动周期变大，选项A正确。[答案]　(4)A
命题点二　实验创新设计　实验器材创新[典例3]　(2021·江苏扬州检测)在“探究单摆的周期与摆长的关系”的实验中，摆球在垂直纸面的平面内摆动，如图甲所示，在摆球运动最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻。光敏电阻(光照时电阻比较小)与某一自动记录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t的变化图线如图乙所示，则该单摆的振动周期为________。若保持悬点到小球顶点的绳长不变，改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验，则该单摆的周期将________(选填“变大”“不变”或“变小”)。
[答案]　2t0　变大
创新评价本题的创新之处体现在两点(1)根据光敏电阻阻值随光照变化的特点，利用自动记录仪记录电阻的变化特点。(2)利用电阻变化图象分析周期。　
(1)由实验数据得出图乙所示的拟合直线，图中纵轴表示________。(2)Ic的国际单位为________，由拟合直线得到Ic的值为________(保留到小数点后2位)。(3)若摆的质量测量值偏大，重力加速度g的测量值________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
[答案]　(1)T 2r　(2)kg·m2　0.17　(3)不变
创新评价本题的创新体现在将绳摆设计为复摆，根据复摆的周期和半径的关系，利用图象的斜率和截距分析数据。
1．某实验小组在“利用单摆测定当地重力加速度”的实验中：(1)用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果如图所示，则该摆球的直径为________cm。
解析：(1)游标卡尺读数为9 mm＋0.1×6 mm＝9.6 mm＝0.96 cm。答案：(1)0.96　
2．(2020·高考全国卷Ⅱ)用一个摆长为80.0 cm的单摆做实验，要求摆动的最大角度小于5°，则开始时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过________cm(保留1位小数)。(提示：单摆被拉开小角度的情况下，所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程。)某同学想设计一个新单摆，要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等。新单摆的摆长应该取为________cm。
答案：7.0　96.8
3．在“利用单摆测重力加速度”的实验中：(1)某同学尝试用DIS测量周期。如图，用一个磁性小球代替原先的摆球，在单摆下方放置一个磁传感器，其轴线恰好位于单摆悬挂点正下方。图中磁传感器的引出端A应接到数据采集器。使单摆做小角度摆动，当磁感应强度测量值最大时，磁性小球位于____________。若测得连续N个磁感应强度最大值之间的时间间隔为t，则单摆周期的测量值为________________(地磁场和磁传感器的影响可忽略)。
(2)多次改变摆长使单摆做小角度摆动，测量摆长L及相应的周期T。此后，分别取L和T的对数，所得到的lg T-lg L图线为________(选填“直线”“对数曲线”或“指数曲线”)；读得图线与纵轴交点的纵坐标为c，由此得到该地重力加速度g＝________。
4．(1)在做“用单摆测定重力加速度”的实验时，用摆长l和周期T计算重力加速度的公式是g＝________。若已知摆球直径为2.00 cm，让刻度尺的零刻度线对准摆线的悬点，摆线竖直下垂，如图甲所示，则单摆摆长是________m。若测定了40次全振动的时间为75.2 s，计算可得单摆周期是________s。
(2)为了提高测量精度，需多次改变l值，并测得相应的T值。现将测得的六组数据标示在以l为横坐标，以T2为纵坐标的坐标系上(如图乙所示)，即图中用“·”表示的点，则：①单摆做简谐运动应满足的条件是____________________。②根据图中给出的数据点作出T 2和l的关系图线，根据图线可求出g＝________m/s2(结果保留2位有效数字)。
答案：(2)①摆线偏离平衡位置的夹角小于5°　②图见解析　9.9
5．如图甲所示是一个摆线长度可调的单摆振动的情景图，O是它的平衡位置，P、Q是小球所能到达的最高位置。小球的质量m＝0.4 kg，图乙是摆线长为l时小球的振动图象，g取10 m/s2。(1)为测量单摆的摆动周期，测量时间应从摆球经过________(选填“O”“P”或“Q”)时开始计时；测出悬点到小球球心的距离(摆长)l及单摆完成n次全振动所用的时间t，则重力加速度g＝______(用l、n、t表示)。
(2)由图乙写出单摆做简谐运动的表达式，并判断小球在什么位置时加速度最大？最大加速度为多少？