资源简介 (共25张PPT)实验九 用单摆测量重力加速度一、实验目的1.探究影响单摆运动周期的因素。2.探究单摆周期与摆长之间的关系。3.学会用单摆测定当地重力加速度。三、实验器材带孔小钢球一个、不易伸长的细丝线一条(长约1 m)、毫米刻度尺一把、停表、游标卡尺、带铁夹的铁架台。六、注意事项1.摆线顶端不能晃动,需用夹子夹住,保证悬点固定。2.单摆必须在同一平面内振动。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.应在小球自然下垂时,用毫米刻度尺量出摆线长l0。5.选用1 m左右的细线。题型一 教材原型实验例1 (2024·广西卷,T11)单摆可作为研究简谐运动的理想模型。 (1)制作单摆时,在图甲、图乙两种单摆的悬挂方式中,选择图甲方式的目的是要保持摆动中__________不变。[解析] 选择题图甲方式的目的是要保持摆动中摆长不变。摆长(2)用游标卡尺测量摆球直径,测得读数如图丙,则摆球直径为__________cm。[解析] 摆球直径d=1.0 cm+6×0.1 mm=1.06 cm。1.06(3)若将一个周期为T的单摆,从平衡位置拉开5°的角度释放,忽略空气阻力,摆球的振动可看为简谐运动。当地重力加速度为g,以释放时刻作为计时起点,则摆球偏离平衡位置的位移x与时间t的关系为__________________。A[解析] 摆球尽量选择质量大些、体积小些的,以减小摆动过程中的阻力影响,A正确;单摆摆动时摆角不能超过5°,B错误;(2)实验时改变摆长,测出几组摆长l和对应的周期T的数据,作出l-T2图像,如图所示。 ①请写出用图像中A、B两点坐标表示重力加速度g的表达式g=______________。②若该同学在记录数据时用摆线长表示摆长,仍用①的方法计算重力加速度g,这样做对结果________(选填“有”或“无”)影响。无②如果用摆线长表示摆长,图像的斜率并没有受到影响,则不会影响重力加速度的计算。题型二 实验拓展创新例3 (2026·河北邯郸市模拟)在“用单摆测量重力加速度”的实验中,某同学测得摆线长为L0和小球直径为d,并用自动记录仪记录振动次数,其实验装置如图甲所示。(1)摆球在垂直于纸面的平面内摆动,在摆动最低点的左、右两侧分别放置光敏电阻(与自动记录仪相连)和激光光源,记录仪显示的光敏电阻阻值R随时间t变化的关系如图乙所示,由此可得当地的重力加速度g=________(用L0、d、t0表示)。(2)在实验中,该同学将摆线长L0与小球直径d之和记作单摆的摆长L,多次改变摆线长度并测出对应的摆动周期T,根据测量数据作出T2-L图像,则其T2-L图像是图丙中的________(选填“①”“②”或“③”)。然后根据作出的图像求得重力加速度g的值,则该同学得到的重力加速度的值__________(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。①等于例4 (2026·福建龙岩市模拟)某同学用单摆测量重力加速度,装置如图甲所示。将装有磁感应强度传感器的手机固定于磁性小球正下方,测得摆线长L=80.47 cm,用20分度游标卡尺测摆球直径如图乙所示。将小球拉开一小角度释放后做简谐运动,通过手机记录如图丙所示的磁感应强度—时间曲线,图中A、B两点间时间间隔为10.80 s。回答下列问题:(1)摆球直径d=__________mm。10.60(2)单摆周期T=__________s,重力加速度g=________m/s2(π2=9.87,结果保留3位有效数字)。1.89.87(3)实验时若找不到磁性小球,改用不规则小磁铁做摆球,通过测量多组摆线长L与周期T,作T2-L图像,通过图线斜率求g值,则不规则小磁铁的重心位置未知对结果________(选填“有”或“无”)影响。无(共26张PPT)演练知能提升1.(2026·河北沧州市模拟)某实验小组用单摆测当地的重力加速度。如图甲所示,在轻质细线的一端打一个比小球上的孔径略大一些的结,将细线穿过球上的小孔,并把细线上端固定在铁架台上,制成一个单摆。铁架台放在实验桌边,以方便调整摆线长度。(1)将小球缓慢拉离平衡位置,达到最高点时细线与竖直方向的夹角约为5°,然后由静止释放,当小球到达最低点时开始计时,同时数“0”,小球每次经过最低点计数一次,数到n时停止计时,秒表读数为t,则单摆周期T=__________(用t和n表示)。(2)多次改变摆线长L并测出相应周期T,计算出T2,作出T2-L图像,如图乙所示,其中当摆线长分别为L1、L2时,测得对应单摆周期为T1、T2,由此可得当地的重力加速度g=______________(用L1、L2、T1、T2表示)。2.(2026·福建部分地市质检)某实验小组利用如图甲所示的装置测定当地的重力加速度。所用实验器材有钢制摆球、长度可调的轻质细线、刻度尺、游标卡尺等。(1)实验中,摆线长度为l,用游标卡尺测量摆球直径,示数如图乙所示,其读数d=________mm。15.5解析:由题图乙可知该游标卡尺精度为0.1 mm,故读数d=15 mm+0.1 mm×5=15.5 mm。(2)当单摆振动稳定且从某次到达最低点时开始计时并计数为“1”,单摆每经过最低点计1次数,当计数到“51”时,秒表的示数为50.5 s,则该单摆的周期T=________ s(结果保留3位有效数字)。2.02(3)求得当地重力加速度g=________(结果用l、d、T、π表示)。(4)某次实验中计算得出的重力加速度g小于当地重力加速度,则原因可能是________(填正确答案标号)。A.将悬点到小球下端的距离记为摆长B.将细线长度记为摆长C.误将29次全振动记为30次D.误将31次全振动记为30次BD将细线长度记为摆长,则测量摆长偏小,g的测量值偏小,故B正确;结合第二问分析可知,误将29次全振动记为30次,则周期偏小,g的测量值偏大,故C错误;误将31次全振动记为30次,则周期偏大,g的测量值偏小,故D正确。3.(2026·辽宁辽阳市模拟)某圆弧槽固定在水平面上,其截面图如图所示,圆弧的半径为R,AB R,利用此装置测当地重力加速度大小g。有一直径为D(D R)的刚性小球,将小球从槽的圆弧面顶端A由静止释放,小球向右运动至最低点时开始计时,用秒表测出小球0~30次向右运动至最低点的时间t(开始计时的那次计为0)。(1)利用此装置可得当地重力加速度大小g=______________。解析:小球做单摆运动的周期与摆动幅度没有关系,所以小球从顶端一半的高度由静止释放,用秒表测得小球0~30次向右运动至最低点的时间仍为t。t4.(2026·山东日照市模拟)手机上的“磁传感器”能实时记录手机附近磁感应强度的大小。现用手机、磁化小球、铁架台、塑料夹子等实验器材组装成如图甲所示的装置测量重力加速度,实验步骤如下:①把手机正面朝上放在悬点正下方,往侧边拉开小球(最大摆角不超过5°),用夹子夹住;②打开夹子释放小球;③运行软件,记录磁感应强度的变化;④改变摆线长,测量出各次摆线长L及相应周期T。(1)测得第1次到第10次磁感应强度最大值的总时间为t,单摆周期T=________。(2)实验中得到多组摆线长L及相应的周期T后,作出T2-L图线如图乙所示,图线的斜率为k,纵轴上的截距为b,由此得到当地重力加速度g=_________,小球半径r=_________。(用k、b表示)5.(2026·天津南开区模拟)某同学使用图甲所示的装置测量重力加速度。摆线上端固定在O点,下端悬挂一小钢球,通过光电门传感器采集摆动周期。请回答下列问题:(1)为了减少测量误差,下列做法正确的是______(多选)。A.摆的振幅越大越好B.摆球质量大些、体积小些C.摆线尽量细些、长些、伸缩性小些D.实验时需使摆球在同一竖直面内摆动BCD解析:单摆在摆角小于5°时的振动为简谐运动,故A错误;为减小空气阻力对实验的影响,摆球应质量大些、体积小些,故B正确;为保证摆长不变且减小周期测量的误差,摆线应尽量细些、长些、伸缩性小些,故C正确;实验时需使摆球在同一竖直面内摆动,不能使单摆成为圆锥摆,故D正确。(2)某次摆球在最高点接通数据采集器,当摆球第一次(n=1)通过光电门时开始计时,数据采集器记录n(n≥3)次小球通过光电门时间为t,则该单摆的周期为__________,设该单摆摆长为L,则重力加速度g=________________。(均用L、n、t、π表示)(3)某同学用标准的实验器材和正确的实验方法测量出几组不同摆长L和周期T的数值,画出如图乙所示的T2-L图像中的实线OM;如果实验中测量摆长时忘了加上摆球的半径,则该同学作出的T2-L图像为____________。A.虚线①,不平行于实线OMB.虚线②,平行于实线OMC.虚线③,平行于实线OMB6.(2026·安徽皖北一模)某同学想利用智能手机的测加速度软件测量弹簧的劲度系数,他设计了这样的实验方案:如图甲所示,将弹簧左端连接气垫导轨左端,右端连接滑块,将智能手机固定在滑块上,并打开测加速度软件。(1)滑块振动起来之后,用手机软件记录振动过程中的加速度—时间图像,如图乙所示,则滑块振动的周期为__________s。0.837.5小1.(2026·河北沧州市模拟)某实验小组用单摆测当地的重力加速度。如图甲所示,在轻质细线的一端打一个比小球上的孔径略大一些的结,将细线穿过球上的小孔,并把细线上端固定在铁架台上,制成一个单摆。铁架台放在实验桌边,以方便调整摆线长度。(1)将小球缓慢拉离平衡位置,达到最高点时细线与竖直方向的夹角约为5°,然后由静止释放,当小球到达最低点时开始计时,同时数“0”,小球每次经过最低点计数一次,数到n时停止计时,秒表读数为t,则单摆周期T=__________(用t和n表示)。(2)多次改变摆线长L并测出相应周期T,计算出T2,作出T2-L图像,如图乙所示,其中当摆线长分别为L1、L2时,测得对应单摆周期为T1、T2,由此可得当地的重力加速度g=______________(用L1、L2、T1、T2表示)。解析:(1)由题意可知,相邻两次经过最低点的时间差为半个周期,则t=T,得T=。(2)根据单摆周期公式T=2π,得T2=(L+R),图像斜率k== eq \f(T-T,L2-L1),整理得g= eq \f(4π2(L2-L1),T-T)。答案:(1) (2) eq \f(4π2(L2-L1),T-T)2.(2026·福建部分地市质检)某实验小组利用如图甲所示的装置测定当地的重力加速度。所用实验器材有钢制摆球、长度可调的轻质细线、刻度尺、游标卡尺等。(1)实验中,摆线长度为l,用游标卡尺测量摆球直径,示数如图乙所示,其读数d=________mm。(2)当单摆振动稳定且从某次到达最低点时开始计时并计数为“1”,单摆每经过最低点计1次数,当计数到“51”时,秒表的示数为50.5 s,则该单摆的周期T=________ s(结果保留3位有效数字)。(3)求得当地重力加速度g=________(结果用l、d、T、π表示)。(4)某次实验中计算得出的重力加速度g小于当地重力加速度,则原因可能是________(填正确答案标号)。A.将悬点到小球下端的距离记为摆长B.将细线长度记为摆长C.误将29次全振动记为30次D.误将31次全振动记为30次解析:(1)由题图乙可知该游标卡尺精度为0.1 mm,故读数d=15 mm+0.1 mm×5=15.5 mm。(2)由题意可知50.5 s内单摆完成的周期个数n==25个,故单摆周期T==2.02 s。(3)根据单摆周期T=2π,解得g=。(4)根据单摆周期T=2π整理得g=L,将悬点到小球下端的距离记为摆长,则测量摆长偏长,g的测量值偏大,故A错误;将细线长度记为摆长,则测量摆长偏小,g的测量值偏小,故B正确;结合第二问分析可知,误将29次全振动记为30次,则周期偏小,g的测量值偏大,故C错误;误将31次全振动记为30次,则周期偏大,g的测量值偏小,故D正确。答案:(1)15.5 (2)2.02 (3) (4)BD3.(2026·辽宁辽阳市模拟)某圆弧槽固定在水平面上,其截面图如图所示,圆弧的半径为R,AB R,利用此装置测当地重力加速度大小g。有一直径为D(D R)的刚性小球,将小球从槽的圆弧面顶端A由静止释放,小球向右运动至最低点时开始计时,用秒表测出小球0~30次向右运动至最低点的时间t(开始计时的那次计为0)。(1)利用此装置可得当地重力加速度大小g=______________。(2)若其他条件不变,小球从顶端一半的高度由静止释放,则用秒表测得小球0~30次向右运动至最低点的时间为________(选填“”“t”或“2t”)。解析:(1)由于AB R,所以小球的运动可视为单摆运动,根据题意可知小球做单摆运动的周期T=,摆长L=R-,根据单摆周期公式T=2π,联立可得g=。(2)小球做单摆运动的周期与摆动幅度没有关系,所以小球从顶端一半的高度由静止释放,用秒表测得小球0~30次向右运动至最低点的时间仍为t。答案:(1) (2)t4.(2026·山东日照市模拟)手机上的“磁传感器”能实时记录手机附近磁感应强度的大小。现用手机、磁化小球、铁架台、塑料夹子等实验器材组装成如图甲所示的装置测量重力加速度,实验步骤如下:①把手机正面朝上放在悬点正下方,往侧边拉开小球(最大摆角不超过5°),用夹子夹住;②打开夹子释放小球;③运行软件,记录磁感应强度的变化;④改变摆线长,测量出各次摆线长L及相应周期T。(1)测得第1次到第10次磁感应强度最大值的总时间为t,单摆周期T=________。(2)实验中得到多组摆线长L及相应的周期T后,作出T2-L图线如图乙所示,图线的斜率为k,纵轴上的截距为b,由此得到当地重力加速度g=_________,小球半径r=_________。(用k、b表示)解析:(1)测得第1次到第10次磁感应强度最大值的总时间为t,则单摆周期T=×2=。(2)由单摆周期公式T=2π,变形整理后得T2=L+,故得k=,b=,联立解得当地的重力加速度g=,小球的半径r=。答案:(1) (2) 5.(2026·天津南开区模拟)某同学使用图甲所示的装置测量重力加速度。摆线上端固定在O点,下端悬挂一小钢球,通过光电门传感器采集摆动周期。请回答下列问题:(1)为了减少测量误差,下列做法正确的是______(多选)。A.摆的振幅越大越好B.摆球质量大些、体积小些C.摆线尽量细些、长些、伸缩性小些D.实验时需使摆球在同一竖直面内摆动(2)某次摆球在最高点接通数据采集器,当摆球第一次(n=1)通过光电门时开始计时,数据采集器记录n(n≥3)次小球通过光电门时间为t,则该单摆的周期为__________,设该单摆摆长为L,则重力加速度g=________________。(均用L、n、t、π表示)(3)某同学用标准的实验器材和正确的实验方法测量出几组不同摆长L和周期T的数值,画出如图乙所示的T2-L图像中的实线OM;如果实验中测量摆长时忘了加上摆球的半径,则该同学作出的T2-L图像为____________。A.虚线①,不平行于实线OMB.虚线②,平行于实线OMC.虚线③,平行于实线OM解析:(1)单摆在摆角小于5°时的振动为简谐运动,故A错误;为减小空气阻力对实验的影响,摆球应质量大些、体积小些,故B正确;为保证摆长不变且减小周期测量的误差,摆线应尽量细些、长些、伸缩性小些,故C正确;实验时需使摆球在同一竖直面内摆动,不能使单摆成为圆锥摆,故D正确。(2)从小球第一次通过光电门开始计时,依次每通过两次为一个周期,所以t时间为个周期,周期T=;根据T=2π,解得g=。(3)测量摆长时忘了加上摆球的半径,也就是将摆线的长度l作为摆长,则T2===+,T2-L图像斜率未受影响,纵截距大于0,题图乙中的虚线②符合题意。答案:(1)BCD (2) (3)B6.(2026·安徽皖北一模)某同学想利用智能手机的测加速度软件测量弹簧的劲度系数,他设计了这样的实验方案:如图甲所示,将弹簧左端连接气垫导轨左端,右端连接滑块,将智能手机固定在滑块上,并打开测加速度软件。(1)滑块振动起来之后,用手机软件记录振动过程中的加速度—时间图像,如图乙所示,则滑块振动的周期为__________s。(2)已知弹簧的振动周期公式为T=2π。经测量,滑块和手机的总质量M=600 g,计算时π2=10,则该弹簧的劲度系数为__________N/m。(3)该同学查阅资料得知弹簧振子的实际周期公式为T=2π,其中m为弹簧的质量,因此本实验劲度系数的测量值比真实值________(选填“大”或“小”)。解析:(1)由题图乙可知,周期T== s=0.8 s。(2)根据T=2π,可知k=,代入数据解得k=37.5 N/m。(3)弹簧振子的实际周期公式T=2π,则k=,故本实验劲度系数的测量值比真实值小。答案:(1)0.8 (2)37.5 (3)小实验九 用单摆测量重力加速度一、实验目的1.探究影响单摆运动周期的因素。2.探究单摆周期与摆长之间的关系。3.学会用单摆测定当地重力加速度。二、实验原理单摆在偏角小于5°时,其振动周期跟偏角的大小和摆球的质量无关,单摆的周期公式是T=2π,由此得g=,因此测出单摆的摆长l和振动周期T,就可以求出当地的重力加速度g的值。三、实验器材带孔小钢球一个、不易伸长的细丝线一条(长约1 m)、毫米刻度尺一把、停表、游标卡尺、带铁夹的铁架台。四、实验步骤1.做单摆:取约1 m长的细丝线穿过带孔的小钢球,并打一个比小孔大一些的结,然后把线的另一端用铁夹固定在铁架台上,并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。2.测摆长:用毫米刻度尺量出摆线长l0,用游标卡尺测出小球直径D,则单摆的摆长l=l0+。3.测周期:将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5°),然后释放小球,记下单摆做30~50次全振动的总时间,算出平均一次全振动的时间,即单摆的振动周期。反复测量三次,再算出测得周期数值的平均值。4.改变摆长,重做几次实验。五、数据处理1.公式法:将测得的几次的周期T和摆长l代入g=中算出重力加速度g的值,再算出g的平均值,即当地的重力加速度的值。2.图像法:由单摆的周期公式T=2π·,可得l=T2,因此以摆长l为纵轴,以T2为横轴作出的l-T2 图像,是一条过原点的直线,如图所示,求出斜率k,即可求出g的值。=k,k=。六、注意事项1.摆线顶端不能晃动,需用夹子夹住,保证悬点固定。2.单摆必须在同一平面内振动。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.应在小球自然下垂时,用毫米刻度尺量出摆线长l0。5.选用1 m左右的细线。题型一 教材原型实验(2024·广西卷,T11)单摆可作为研究简谐运动的理想模型。(1)制作单摆时,在图甲、图乙两种单摆的悬挂方式中,选择图甲方式的目的是要保持摆动中__________不变。(2)用游标卡尺测量摆球直径,测得读数如图丙,则摆球直径为__________cm。(3)若将一个周期为T的单摆,从平衡位置拉开5°的角度释放,忽略空气阻力,摆球的振动可看为简谐运动。当地重力加速度为g,以释放时刻作为计时起点,则摆球偏离平衡位置的位移x与时间t的关系为__________________。[解析] (1)选择题图甲方式的目的是要保持摆动中摆长不变。(2)摆球直径d=1.0 cm+6×0.1 mm=1.06 cm。(3)根据单摆的周期公式T=2π,可得单摆的摆长L=,从平衡位置拉开5°的角度处释放,可得振幅A=L sin 5°,以该位置为计时起点,根据简谐运动规律可得摆球偏离平衡位置的位移x与时间t的关系为x=A cos ωt=cos (t)。[答案] (1)摆长 (2)1.06(3)x=cos (t)(2026·陕西渭南市模拟)某同学用单摆测重力加速度。(1)关于该同学对此实验的操作,正确的选项有________。A.尽量选择质量大些、体积小些的摆球B.为了使摆的周期大一些,以方便测量,开始时拉开摆球的摆角大些C.释放摆球,从摆球经过平衡位置开始计时,记下摆球50次经过平衡位置所用的时间t,则单摆周期T=(2)实验时改变摆长,测出几组摆长l和对应的周期T的数据,作出l-T2图像,如图所示。①请写出用图像中A、B两点坐标表示重力加速度g的表达式g=______________。②若该同学在记录数据时用摆线长表示摆长,仍用①的方法计算重力加速度g,这样做对结果________(选填“有”或“无”)影响。[解析] (1)摆球尽量选择质量大些、体积小些的,以减小摆动过程中的阻力影响,A正确;单摆摆动时摆角不能超过5°,B错误;释放摆球,从摆球经过平衡位置开始计时,记下摆球50次经过平衡位置所用的时间t,则单摆周期T=,C错误。(2)①由单摆周期公式T=2π,可得l=T2,则k== eq \f(l2-l1,T-T),解得g=4π2( eq \f(l2-l1,T-T))。②如果用摆线长表示摆长,图像的斜率并没有受到影响,则不会影响重力加速度的计算。[答案] (1)A (2)①4π2( eq \f(l2-l1,T-T)) ②无题型二 实验拓展创新(2026·河北邯郸市模拟)在“用单摆测量重力加速度”的实验中,某同学测得摆线长为L0和小球直径为d,并用自动记录仪记录振动次数,其实验装置如图甲所示。(1)摆球在垂直于纸面的平面内摆动,在摆动最低点的左、右两侧分别放置光敏电阻(与自动记录仪相连)和激光光源,记录仪显示的光敏电阻阻值R随时间t变化的关系如图乙所示,由此可得当地的重力加速度g=________(用L0、d、t0表示)。(2)在实验中,该同学将摆线长L0与小球直径d之和记作单摆的摆长L,多次改变摆线长度并测出对应的摆动周期T,根据测量数据作出T2-L图像,则其T2-L图像是图丙中的________(选填“①”“②”或“③”)。然后根据作出的图像求得重力加速度g的值,则该同学得到的重力加速度的值__________(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。[解析] (1)单摆在一个周期内两次经过平衡位置,由题图乙知该单摆的振动周期为2t0,由单摆的周期公式T=2π,可得重力加速度g= eq \f(π2(L0+\f(d,2)),t)。(2)由T=2π可得T2=4π2,若把小球直径当作半径来计算摆长,则T2==L-,可得T2-L图像是题图丙中的①;该同学通过T2-L图像求得当地重力加速度,则有k=,解得g=,重力加速度的值与摆长无关,可见该同学得到的实验结果与实际值相等。[答案] (1) eq \f(π2(L0+\f(d,2)),t) (2)① 等于(2026·福建龙岩市模拟)某同学用单摆测量重力加速度,装置如图甲所示。将装有磁感应强度传感器的手机固定于磁性小球正下方,测得摆线长L=80.47 cm,用20分度游标卡尺测摆球直径如图乙所示。将小球拉开一小角度释放后做简谐运动,通过手机记录如图丙所示的磁感应强度—时间曲线,图中A、B两点间时间间隔为10.80 s。回答下列问题:(1)摆球直径d=__________mm。(2)单摆周期T=__________s,重力加速度g=________m/s2(π2=9.87,结果保留3位有效数字)。(3)实验时若找不到磁性小球,改用不规则小磁铁做摆球,通过测量多组摆线长L与周期T,作T2-L图像,通过图线斜率求g值,则不规则小磁铁的重心位置未知对结果________(选填“有”或“无”)影响。[解析] (1)游标卡尺读数包括主尺读数加副尺读数,主尺读数1 cm=10 mm,副尺读数×12 mm=0.60 mm,游标卡尺读数10 mm+0.60 mm=10.60 mm。(2)由题图丙可知A、B两点间有六个单摆周期,A、B两点间时间间隔为10.80 s,所以T==1.8 s,由T=2π,解得g==9.87 m/s2。(3)由T2=4π2,可知通过T2-L图像求加速度时,k=,重力加速度g=,故小磁铁的重心对其无影响。[答案] (1)10.60 (2)1.8 9.87 (3)无 展开更多...... 收起↑ 资源列表 实验九 演练知能提升.doc 实验九 演练知能提升.pptx 实验九 用单摆测量重力加速度.doc 实验九 用单摆测量重力加速度.pptx