2021届高考物理二轮复习实验精解训练（8）实验：用单摆测定重力加速度

这是一份2021届高考物理二轮复习实验精解训练（8）实验：用单摆测定重力加速度，共11页。试卷主要包含了50 cm，球的直径为2，在用单摆测量重力加速度的实验中等内容，欢迎下载使用。
 2021届高考物理二轮复习实验精解训练（8）实验：用单摆测定重力加速度1.探究“单摆的周期T与摆长L的关系”的实验中，某次实验中用停表记下了单摆振动40次的时间如图甲所示，由图可读出时间为_________s.某次实验中没有游标卡尺和螺旋测微器，无法直接测量摆球的直径，测得绳长为，悬挂点到摆球的下端长度为，则摆长___________（用和表示）.以摆长L作为横坐标，周期的平方作为纵坐标，斜率_________（用物理量表示）.与L的关系如图乙所示，取，则当地重力加速度为___________（保留两位小数）.2.某同学想在家里做用单摆测定重力加速度的实验，但没有合适的摆球，他找到了一块长、宽、高均为3 cm左右，外形不规则的石块代替小球，如图所示。他设计的实验步骤是：A.将石块用细丝线系好，结点为M，将细丝线的上端固定于O点；B.用刻度尺测量间细丝线的长度作为摆长；C.将石块拉开一个大约30°的角度，然后由静止释放；D.从摆球摆到最高点时开始计时，测出30次全振动的总时间t，由得出周期。（1）以上实验步骤中有错误的是________（填写步骤序号）。（2）如果该同学改正了错误，改变间细丝线的长度做了2次实验，记下每次相应的线长度和周期，则由上述四个量得到重力加速度g的表达式是_________。（3）若该同学将石块换成金属小球，将丝线换成有质量的细杆，把细杆长度加小球半径作为摆长L，其余操作都正确。他利用周期公式测当地的重力加速度g，这样测重力加速度g的方式_________（选填“合理”或“不合理”）。3.在“用单摆测定重力加速度”的实验中。（1）提供的器材有：铁架台、铁夹、细线、有孔的小铁球、刻度尺、秒表（停表）和天平，其中多余的器材是_________，尚需补充的器材是_______________。（2）测周期时，当摆球经过_________位置时开始计时并数1次，测出经过该位置n次（约80~100次）的时间为t，则周期为_________。（3）测摆长时，测得摆线长为97.50 cm，球的直径为2.00 cm，然后用秒表记录了单摆全振动50次所用的时间（如图1），则：①该摆的摆长为___________cm，秒表的读数为___________s。②如果他测得的g值偏小，可能的原因是___________。A.测摆线长时摆线拉得过紧B.摆线上端未牢固地系于悬点，摆动中出现松动使摆线长度增加了C.开始计时时，秒表过迟按下D.实验中将49次全振动误数为50次③为了提高实验精度，在实验中可改变几次摆长L并测出相应的周期T，从而得出几组对应的L与T的数据，再以L为横轴，为纵轴将所得数据点连成直线（如图2），并求得该直线的斜率为k，则重力加速度___________（用k表示）。4.图甲是利用DIS完成“用单摆测定当地重力加速度”实验的装置示意图。实验时，先量出摆球的半径与摆线的长度。单摆摆动后，点击“记录数据”。摆球每经过平衡位置时记数1次，第1次记为“0”，当记数为“50”时，点击“停止记录”，显示时间为t。（1）则该单摆振动周期为___。（2）图甲所示摆线上端的悬点处，用两块木片夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将木片夹紧，是为了__________。A.便于测量单摆周期  B.便于测量摆长时拉紧摆线C.保证摆动过程中摆长不变 D.保证摆球在同一竖直平面内摆动（3）若某组同学误以摆线的长度L作为纵坐标，以单摆周期的平方作为横坐标，作出的图像。其他操作测量都无误，则作出的图线是图乙中_____（选填“1”“2”或“3”）。（4）现发现三组同学作出的图线分别是1、2和3，但测出的斜率都为k，是否可以根据斜率求出当地的重力加速度？_________。（若不可以求出，填“否”；若可以求出，请填重力加速度的表达式）。5.在用单摆测量重力加速度的实验中：（1）用游标卡尺测量小钢球的直径，如图1所示，小球的直径为_______mm。（2）表中是用单摆测定重力加速度实验中获得的有关数据，利用数据，在如图2所示的坐标系中描出图像。摆长0.40.50.60.81.01.2周期1.62.22.43.24.04.8（3）利用图像，求得重力加速度_______（结果保留三位有效数字）。6.在“用单摆测定重力加速度”实验中。（1）下列操作正确的是_________。A.甲图：小球从偏离平衡位置60°开始摆动B.乙图：细线上端用铁夹子固定C.丙图：小球到达最高点时作为计时开始与终止的位置D.丁图：小球自由下垂时测量摆线的长度（2）某同学通过测量30次全振动时间来测定单摆的周期T，他在单摆经过平衡位置时按下秒表记为“1”，若同方向经过平衡位置时记为“2”，在数到“30”时停止秒表，读出这段时间t，算出周期，其他操作步骤均正确。多次改变摆长时，他均按此方法记录多组数据，并绘制了图像，则他绘制的图像可能是_________。A. B. C. D.（3）按照（2）中的操作，此同学获得的重力加速度将_________。（选填“偏大”“偏小”或“不变”）7.在利用单摆测定重力加速度的实验中：（1）应选用下列哪些器材为好？①1米长细线  ②1米长粗线  ③10厘米细线④泡沫塑料小球  ⑤小铁球  ⑥秒刻度秒表⑦时钟  ⑧厘米刻度米尺  ⑨毫米刻度米尺答：___________。（2）测出不同摆长对应的周期值T，作出图象，如图所示，与的关系式是__________，利用图线上任两点的坐标可求出图线斜率k，再由k可求出_______________。（3）若测得的g值偏小，可能是下列原因中的___________。A.计算摆长时，只考虑悬线长度，而未加小球半径B.测量周期时，将n次全振动误记为次全振动C.计算摆长时，将悬线长加小球直径D.单摆振动时，振幅偏小8.某同学想用实验的方法探究单摆周期与摆长的关系.(1)首先用10分度的游标卡尺测量小球直径,如图甲所示,则小球直径为_________mm.(2)以下实验操作方法正确的是________.A.摆球尽量选择体积大些、质量小些的B.为计时准确,释放小球且稳定后,应在小球摆到平衡位置时开始计时C.计算摆长时,应该用摆线长加上小球的直径D.为了便于测量,释放小球时,要让摆线与竖直方向的夹角尽量大些(3)如图乙所示,另一同学将摆线的一端固定在O点,让另一端的小球在水平面内做匀速圆周运动,做出一个“圆锥摆”.测得小球N个周期的总时间t,如果想测得当地的重力加速度g,只要再测出一个物理量即可,这个物理量是_______________________________________.

                   
答案以及解析1.答案：99.8；；；解析：由题图甲所示停表可知，分针示数为，秒针示数为9.8 s，则停表示数为；摆长为悬挂点到球心距离，等于绳长加摆球的半径，则摆长为，根据单摆周期公式得到，所以以摆长L作为横坐标，周期的平方作为纵坐标，图线的斜率为，由题图乙可知斜率为，即有，计算可得.2.答案：（1）BCD（2）（3）不合理解析：（1）摆长等于悬点到摆球重心的距离，故B错误；当摆角小于5°时，单摆的运动才能认为是简谐运动，故C错误；当摆球运动到平衡位置时开始计时，测量误差较小，故D错误；易知A正确。（2）设摆线的结点到石块重心的距离为r，则根据单摆的周期公式，得，联立解得。（3）若该同学将石块换成金属小球，将丝线换成有质量的细杆，把细杆长度加小球半径作为摆长L，其余操作都正确，但由于细杆质量不可忽略，实验器材已不能视为单摆，利用单摆周期公式测重力加速度不合理。3.答案：（1）天平；游标卡尺（2）平衡；（3）①98.50；99.8②B③解析：（1）根据实验原理可知，不需要天平，但需要游标卡尺测量球的直径。（2）当摆球经过平衡位置时开始计时，摆球连续两次经过最低点的时间间隔是半个周期，所以摆球通过最低点作为第1次，秒表开始计时到一直数到摆球第n次通过最低点，摆球经过了个半个周期，所以该单摆的周期。（3）①单摆的摆长是从悬点到摆球的球心的距离，；小表盘表针超过了半刻线，故。②测摆长时将线拉得过紧导致测量值偏大，由公式，可知g值偏大，故A错误；摆线上端未牢固地系于悬点，摆动中出现松动，使摆线长度增加，周期变大，但运算时选用的L仍为开始所测得的值，将导致g值偏小，故B正确；开始计时时，秒表过迟按下，将使所测周期偏小，由上式可知，g值将偏大，故C错误；实验中将49次全振动误数为50次，由知，周期偏小，g值偏大，故D错误。③由单摆周期表达式可得。故以L为横轴、为纵轴得到的图像的斜率为，整理得。4.答案：（1）（2）C（3）3（4）解析：（1）在一个周期内，两次经过平衡位置，则该振动的周期。（2）题图甲所示摆线上端的悬点处，用两块木片夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将木片夹紧，是为了保证摆动过程中摆长不变，故选C。（3）根据得，，与纵轴的负半轴有截距，正确图线是3。（4）根据知，图线的斜率，解得重力加速度。5.答案：（1）18.7（2）见解析（3）9.86（9.85~9.87）解析：（1）游标卡尺的主尺读数为18 mm，游标尺上第7条刻度线和主尺上某一刻度线对齐，所以游标尺读数为，所以最终读数为。（2）如图所示（3）根据单摆的周期公式得，则图线的斜率为，得。6.答案：（1）BD（2）D（3）偏大解析：（1）摆线与竖直方向的夹角不超过5°时，才可以认为摆球的运动为简谐运动，故A错误；细线上端应用铁夹子固定，防止松动引起摆长变化，故B正确；当小球运动到最低点时开始计时误差较小，故C错误；实验时应该测量小球自由下垂时摆线的长度，故D正确。（2）根据得，，可知与L成正比，故D正确，ABC错误。（3）实际的全振动次数为29，按30次计算，则计算得到的周期测量值偏小，根据知，测得的重力加速度偏大。7.答案：（1）①⑤⑥⑨（2）；（3）A解析：（1）摆线选择1m左右的长细线，摆球选择质量大一些，体积小一些的铁球，测量时间用秒表，测量摆长用毫米刻度尺。故选①⑤⑥④。（2）根据单摆的周期公式得，，可知图线的斜率，解得。（3）根据得，。计算摆长时，只考虑悬线长度，而未加小球半径，则摆长的测量值偏小，导致重力加速度测量值偏小，A项正确；测量周期时，将n次全振动误记为次全振动，则周期测量值偏小，导致重力加速度测量值偏大，B项错误；计算摆长时，将悬线长加小球直径，则摆长的测量值偏大，导致重力加速度的测量值偏大，C项错误；单摆振动时，振幅偏小，不影响重力加速度的测量，D项错误。8.答案：(1)20.4(2)B(3)O点到小球圆周运动圆心的距离解析：(1)游标卡尺的读数方法为主尺读数+游标尺读数.(2)实验时应选择体积比较小,密度较大的小球,A错误;摆长等于摆线长加上小球的半径,C错误;拉开摆球时,摆线偏离竖直方向的角度不能太大,太大就不能看成单摆了,D错误;释放摆球,当摆球振动稳定后,从平衡位置开始计时,测量相对准确,B正确.(3)小球受重力、绳子的拉力,设小球做匀速圆周运动的半径为点到小球圆周运动圆心的距离为h,圆周运动的周期为T,对小球由牛顿第二定律得,由题意有,联立得,所以只要再测出O点到小球圆周运动圆心的距离就可以求出当地重力加速度.