第14章 第5讲 实验：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度（课件PPT）-【新高考方案】2024高考物理一轮复习（老教材 新高考）

二、实验核心关键点 1．数据处理 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，摆球是否可视为质点，球、线是否符合要求，振幅是否足够小，摆动是圆锥摆还是在同一竖直平面内振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4,3,2,1,0,1,2，…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 3．注意事项 (1)选择材料时应选择细、轻又不易伸长的线，长度一般在1 m左右，小球应选用密度较大的金属球，直径应较小，最好不超过2 cm。 (2)单摆悬线的上端不可随意卷在铁架台的杆上，应夹紧在铁夹中，以免摆动时发生摆线下滑、摆长改变的现象。 (3)注意摆动时控制摆线偏离竖直方向的夹角要小于5°。可通过估算振幅的办法掌握。 (4)摆球振动时，要使之保持在同一个竖直平面内，不要形成圆锥摆。 (5)计算单摆的振动次数时，应从摆球通过平衡位置时开始计时，为便于计时，可在摆球平衡位置的正下方作一标记。以后摆球每次从同一方向通过平衡位置时进行计数，且在数“0”的同时按下秒表，开始计时计数。 一、基础考法保住分 考查点(一)　实验原理与操作 1．(2023·西安高三调研)物理实验小组的同学做“用单摆测定重力加速度的大小”的实验。 (1)实验室有如下器材可供选用： A．长约1 m的细线　 B．长约1 m的橡皮绳 C．直径约2 cm的均匀铁球 D．直径约5 cm的均匀木球 E．停表 F．时钟 G．最小刻度为毫米的米尺 实验小组的同学需要从上述器材中选择：____________________(填写器材前面的字母)。 (2)下列振动图像真实地描述了对摆长约为1 m的单摆进行周期测量的四种操作过程，图中横坐标原点O为计时起点，A、B、C均为30次全振动的图像，已知sin 5°≈0.087，sin 15°≈0.26，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是________(填字母代号)。 (3)某同学利用单摆测重力加速度的大小，测得的g值与真实值相比偏大，可能的原因是________。 A．测摆长时记录的是摆线的长度 B．开始计时时，停表过早按下 C．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 D．实验中误将29次全振动数记为30次 解析：(1)需要选择的器材有：长约1 m的细线，直径约2 cm的均匀铁球，停表(测量多次全振动的时间)，最小刻度为毫米的刻度尺(测量摆长)。 (2)单摆振动的摆角θ≤5°，当θ＝5°时单摆振动的振幅A＝lsin 5°＝0.087 m＝8.7 cm，为计时准确，在摆球摆至平衡位置时开始计时，故选A。 答案：(1)ACEG　(2)A　(3)D 解析：(1)该游标尺为十分度的，根据读数规则可读出小钢球直径为18 mm＋5×0.1 mm＝18.5 mm。 (2)根据用单摆测量重力加速度的实验要求可判断a、b、e正确。 答案：(1)18.5　(2)abe 考查点(二)　数据处理与误差分析 3．用单摆测量重力加速度的大小的实验装置如图所示。 (1)测出悬点O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)下表是某同学记录的3组实验数据，并做了部分计算处理。 组　次 1 2 3 摆长l/cm 80.00 90.00 100.00 50次全振动时间t/s 90.0 95.5 100.5 振动周期T/s 1.80 1.91   重力加速度g/(m·s－2) 9.74 9.73   请计算出第3组实验中的T＝______ s，g＝______ m/s2(计算结果保留两位小数)。 (3)用多组实验数据作出T2-l图像，也可以求出重力加速度g。已知三 位同学作出的T2-l图线的示意图如图中的a、b、c所示，其中a和b平 行，b和c都过原点，图线b对应的g值最接近当地重力加速度的值。 则相对于图线b，下列分析正确的是________(填选项前的字母)。 A．出现图线a的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长l B．出现图线c的原因可能是误将49次全振动记为50次 C．图线c对应的g值小于图线b对应的g值 答案：(1)　(2)2.01　9.76　(3)B 答案：(1)　(2)2.01　9.76　(3)B 答案：(1)　(2)2.01　9.76　(3)B 答案：(1)　(2)2.01　9.76　(3)B 答案：(1)　(2)2.01　9.76　(3)B 答案：(1)　(2)2.01　9.76　(3)B 1