实验14　探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度-2021年高考物理二轮复习实验专题强化训练（解析版）

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实验 14
　
探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度
对点训练----练基础 固知识
例1　 某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素.
(1)他组装单摆时,在摆线上端的悬点处,用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线,再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧,如
图所示,这样做的目的是
　　　　
(填字母代号).
A.保证摆动过程中摆长不变
B.可使周期测量更加准确
C.需要改变摆长时便于调节
D.保证摆球在同一竖直平面内摆动
(2)他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下,用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度 L=0.999 0 m,再
用游标卡尺测量摆球直径,结果如图所示,则该摆球的直径为
　　　　
mm,单摆摆长为
　　　　
m.
(3)下列振动图象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.图中横坐标原点表示
计时开始,A、B、C均为 30 次全振动的图象,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).
【答案】　(1)AC
　
(2)12.0
　
0.993 0
　
(3)A
【解析】 (1)橡皮的作用是使摆线在球摆动过程中悬点位置不变,从而保证摆长不变,同时又便于调节摆
长,A、C正确;
(2)根据游标卡尺读数规则可得摆球直径为 d=12 mm+0.1 mm×0=12.0 mm,则单摆摆长为 L0=L-
d
2
=0.993 0 m(注
意统一单位);(3)单摆摆角不超过 5°,且计时位置应从最低点(即速度最大的位置)开始,故A项的操作符合要
求.
例2“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示.保持小车 A的质量不变,改变矿泉水瓶 C中水
的质量,从而改变小车所受拉力 F.测量小车在不同拉力 F作用下的加速度 a,作出 a-F图象如图乙所示.造成图
线不过原点的原因可能是 (
　　
)
A.
没有平衡摩擦力
　　
B.平衡摩擦力时木板倾角过大
C.小车质量太大
D.矿泉水瓶和其中水的质量太大
【答案】　 A
　
【解析】 由图象可知,当拉力 F不等于零时,小车的加速度仍然为零,说明实验没有平衡摩擦力或平衡摩擦
力不足.
能力训练----研典题 导解法
训练点 1
　
教材原型实验的基本技能
典例 1　某实验小组用图甲所示的实验装置“探究加速度与力、质量的关系”.图甲中 A为小车,B为装有
砝码的小盘,C为一端带有定滑轮的长木板,小车通过纸带与电磁打点计时器相连,小车的质量为 m1,小盘和砝
码的总质量为 m2.
(1)实验得到如图乙所示的一条纸带,A、B、C、D、E为计数点,相邻两个计数点的时间间隔为T,B、C两点的
间距 x2和D、E两点的间距 x4已量出,利用这两段间距计算小车加速度的表达式为a=
　　　　
.
(2)某同学平衡好摩擦力后,在保持小车质量不变的情况下,通过改变小盘中砝码的个数,得到多组数据,作出
了小车的加速度 a与砝码重力 F的图象如图丙所示.由图象分析可得,小车的质量为
　　　　
kg,小盘的质量
为
　　　　
kg.(取g=10 m/s2,结果保留2位有效数字)
(3)该同学作出的 a-F图象不过坐标原点的原因是 .
【答案】　
　
(1)
x4-x2
2T2
　
(2)0.61
　
0.006 1
　
(3)该同学误将砝码的重力当作绳子对小车的拉力
【解析】 (1)根据匀变速直线运动的推论公式 Δx=aT2可得:x4-x2=2aT2解得:a=
x4-x2
2T2
.
(2)设小盘的质量为 m,则对小车,根据牛顿第二定律得:mg+F=m1a,即a=
1
m1
F+
mg
m1
,所以a-F图象的斜率表示小
车质量的倒数,即
=
1.0−0.1
0.55−0
,故小车的质量为:m1≈0.61 kg,a-F图象的截距为
mg
m1
=0.1 m/s2,即F=0时,小车的
加速度是由托盘的重力产生的,解得:m=
0.61×0.1
10
kg=0.006 1 kg.
(3)小车受到绳子的拉力应等于小盘和盘中砝码的总重力,该同学误将砝码的重力当作了绳子对小车的拉力.
训练点 2
　
实验拓展与创新
典例 2 (2015·天津卷)某同学利用单摆测量重力加速度.
(1)为了使测量误差尽量小,下列说法正确的是
　　　　
.
A.组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球
B.组装单摆须选用轻且不易伸长的细线
C.实验时须使摆球在同一竖直面内摆动
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