用单摆测定重力加速度附答案

《用单摆测重力加速度》训练题1.针对用单摆测重力加速度的实验，下面各种对实验误差的影响的说法中正确的是( AQA. 在摆长和时间的测量中，时间的测量对实验误差影响较大B. 在摆长和时间的测量中，长度的测量对实验误差影响较大C. 将振动次数n记为(n+1)，测算出的g值比当地的公认值偏大D. 将摆线长当作摆长，未加摆球的半径测算出的g值比当地的公认值偏大2 •用单摆测定重力加速度的实验中，下述说确的是( BC )A. 测量摆长时，应该用力拉紧摆线B. 单摆的摆线越长，测得的重力加速度越准确C. 如果有两个大小相同的带孔空心铁球和实心铁球可供选择，应选用实心铁球作摆球D. 为了便于改变摆线的长度，可将摆线的一头绕在铁架上端的圆杆上以代替铁夹3•在用单摆测定重力加速度实验中：(1 )为了比较准确地测量出当地的重力加速度值，应选用下列所给器材中的哪些？将你所选用的器材前的字母填在题后的横线上A. 长1 m左右的细绳；B.长30 cm左右的细绳；C.直径2 cm的铅球；D.直径2 cm的铁球；E.秒表；F.时钟；G.分度值是1 cm的直尺；H.分度值是1 mm的直尺；所选器材是—ACEH _______(2)实验时对摆线偏离竖直线的要 __________ ;理由是_ •4•在用单摆测重力加速度的实验中：用摆线长为L、摆球直径为2r的单摆测定本地的重力加速度，测得这架单摆完成N次全振动用去时间t，那么，本地的重力加速度g = ___________________ .某同学用该式求重力加速度，在计算摆长时，只测了摆线长而没有将摆球半径计算在，最后求得的g值将比真实值 ________ •(填“偏大”或“偏小”)2 2 【答案】gr25. (1)对于高中物理实验中的几个实验的描述中，正确的是_____________ •A •在“用单摆测定重力加速度”实验中，采用累积法测量单摆周期的目的是为了减小测量误差B •在“研究匀变速直线运动”的实验中，打点计时器在纸带上打点的周期与所用交变电流的周期相同C •在利用重锤自由下落做“验证机械能守恒定律”的实验中，必须测量重锤的质量D •在“验证动量守恒定律”的实验中，必须直接测量小球的质量和速度(2)在用单摆测定重力加速度的实验中，测得摆线的长度为L。

第5节 实验：用单摆测量重力加速度一、实验目的1.学会用单摆测量当地的重力加速度。

2.能正确熟练地使用秒表。

二、实验设计1.实验原理当偏角很小时，单摆做简谐运动，其运动周期为T ＝2πl g ，它与偏角的大小及摆球的质量无关，由此得到g ＝4π2l T 2。

因此，只要测出摆长l 和振动周期T ，就可以求出当地的重力加速度g 的值。

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米)、秒表、毫米刻度尺和游标卡尺。

三、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。

实验装置如图。

2.测摆长用毫米刻度尺量出摆线长l ′，用游标卡尺测出小钢球直径D ，则单摆的摆长l ＝l ′＋D 2。

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次～50次全振动的总时间，算出平均每一次全振动的时间，即为单摆的振动周期。

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。

四、数据处理1.公式法将测得的几次的周期T和摆长l的对应值分别代入公式g＝4π2lT2中算出重力加速度g的值，再算出g的平均值，即为当地重力加速度的值。

2.图像法由单摆的周期公式T＝2πlg可得l＝g4π2T2，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值。

k＝lT2＝ΔlΔT2，g＝4π2k。

五、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，摆球是否可看做质点，球、线是否符合要求，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“零”，的同时按下秒表开始计时。

图1图2实验十三 用单摆测定重力加速度一、实验目的用单摆测定当地的重力加速度． 二、实验原理当单摆偏角很小时(α<10°)，单摆的运动为简谐运动，根据单摆周期T ＝2π l g 得g ＝4π2l T2，因此，只需测出摆长l 和周期T ，便可测定g . 三、实验器材中心有小孔的金属小球、长约1米的细线、铁架台(带铁夹)、刻度尺、秒表、游标卡尺． 四、实验操作 1．实验步骤(1)做单摆：让细线的一端穿过小球的小孔，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，并把铁架台放实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂，且在单摆平衡位置处做标记，如图1所示．(2)测摆长：用米尺量出摆线长l ′，精确到毫米，用游标卡尺测出小球的直径D ，也精确到毫米，则单摆长l ＝l ′＋D 2.(3)测周期：将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于10°)，然后释放小球，记下单摆做30～50次全振动的总时间，算出平均每次全振动的时间，即为单摆的 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． 2．数据处理(1)公式法：利用多次测得的单摆周期及对应摆长，借助公式g ＝4π2lT 2求出加速度g ，然后算出g 的平均值．(2)图象法：由公式g ＝4π2lT 2，分别测出一系列摆长l 对应的周期T ，作出l －T 2的图象，如图2所示，图象应是一条通过原点的直线， 求出图线的斜率k ，即可求得g 值．g ＝4π2k ，k ＝l T 2＝Δl ΔT 2.五、注意事项1．构成单摆的条件：细线的质量要小，弹性要小，选用体积小、密度大的小球，摆角不超过10°.2．要使摆球在同一竖直面内摆动，不能形成圆锥摆，方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放．3．测周期的方法：(1)要从摆球过平衡位置时开始计时．因为此处速度大、计时误差小，而最高点速度小、计时误差大．(2)要测多次全振动的时间来计算周期．如在摆球过平衡位置时开始计时，且在数“零”的同时按下秒表，以后每当摆球从同一方向通过最低位置时计数1次．4．本实验可以采用图象法来处理数据．即用横轴表示摆长l ，用纵轴表示T 2，将实验所得数据在坐标平面上标出，应该得到一条倾斜直线，直线的斜率k ＝4π2g .这是在众多的实验中经常采用的科学处理数据的重要办法． 六、误差分析1．系统误差的主要来源：悬点不固定，球、线不符合要求，振动是圆锥摆而不是在同一竖直平面内的振动等．2．偶然误差主要来自时间的测量上，因此，要从摆球通过平衡位置时开始计时，不能多计或漏计振动次数． 记忆口诀轻绳重球铁架台，竖直平面小角摆； 先做单摆后测长，线长半径两不忘； 低点数数把时计，三五十次算周期； 秒表计数不估读，改变摆长多组数； 计算平均误差小，做图方法很美妙.例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 ＝________.如果已知摆球直径为2.00 cm ，让刻度尺的零点对准摆线的悬点，摆线竖直下垂．如图3甲所示，那么单摆摆长是________．如果测定了40次全振动的时间如图乙中秒表所示，那么秒表读数是________ s ．单摆的摆动周期是________ s.图3例2 下表是用单摆测定重力加速度实验中获得的有关数据：(1)图4(2)利用图象，取T2＝4.2 s2时，l＝________m．重力加速度g＝________m/s2.例3有一测量微小时间差的装置，是由两个摆长略有微小差别的单摆同轴水平悬挂构成的．两个单摆摆动平面前后相互平行．(1)现测得两单摆完成50次全振动的时间分别为50.0 s和49.0 s，则两单摆的周期差ΔT＝________s.(2)某同学利用此装置测量小于单摆周期的微小时间差，具体操作如下：把两摆球向右拉至相同的摆角处，先释放长摆摆球，接着再释放短摆摆球，测得短摆经过若干次全振动后，两摆恰好第一次同时同方向通过某位置，由此可得出释放两摆的微小时间差．若测得释放两摆的时间差Δt＝0.165 s，则在短摆释放______s(填时间)后，两摆恰好第一次同时向________(填方向)通过______(填位置)．(3)为了能更准确地测量微小的时间差，你认为此装置还可做的改进是________________.1．在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，有人提出以下几点建议：A．适当加长摆线B．质量相同、体积不同的摆球，应选用体积较大的C．单摆偏离平衡位置的角度不能太大D．当单摆经过平衡位置时开始计时，经过一次全振动后停止计时，用此时间间隔作为单摆振动的周期其中对提高测量结果精确度有利的是________．2．在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，(1)以下对实验的几点建议中，有利于提高测量结果精确度的是________．图5图7 A ．实验中适当加长摆线B ．单摆偏离平衡位置的角度不能太大C ．当单摆经过最大位置时开始计时D ．测量多组周期T 和摆长L ，作L －T 2关系图象来处理数据 (2) 某同学在正确操作和测量的情况下，测得多组摆长L 和对应 的周期T ，画出L －T 2图线，如图5所示．出现这一结果最可能 的原因是：摆球重心不在球心处，而是在球心的正____方(选填 “上”或“下”)．为了使得到的实验结果不受摆球重心位置无法准确确定的影响，他采用恰当的数据处理方法：在图线上选取A 、B 两个点， 找出两点相应的横纵坐标，如图所示．用表达式g ＝________计算重力加速度，此结果即与摆球重心就在球心处的情况一样．3．两个同学利用假期分别去参观北京大学和南京大学的物理实验室，各自在那里利用先进的DIS 系统较准确地探究了“单摆的周期T 与摆长L 的关系”，他们通过校园网交换实验数据，并由计算机绘制了T 2－L 图象，如图6甲所示，去北大的同学所测实验结果对应的图线是________(选填“A ”或“B ”)．另外，在南大做探究的同学还利用计算机绘制了两种单摆的振动图象(如图乙)，由图可知，两单摆摆长之比L aL b＝________.图64．某实验小组在进行“用单摆测定重力加速度”的实验中，已知单摆 在摆动过程中的摆角小于5°；在测量单摆的周期时，从单摆运动 到最低点开始计时且记数为1，到第n 次经过最低点所用的时间为t ；在测量单摆的摆长时，先用毫米刻度尺测得摆球悬挂后的摆线长(从悬点到 摆球的最上端)为L ，再用螺旋测微器测得摆球的直径为d (读数如图7所示)． (1)该单摆在摆动过程中的周期为________．(2)用上述物理量的符号写出求重力加速度的一般表达式g ＝________. (3)从上图可知，摆球的直径为________ mm.(4)实验结束后，某同学发现他测得的重力加速度的值总是偏大，其原因可能是下述原因中的 ( ) A ．单摆的悬点未固定紧，振动中出现松动，使摆线增长了图8B ．把n 次摆动的时间误记为(n ＋1)次摆动的时间C ．以摆线长作为摆长来计算D ．以摆线长与摆球的直径之和作为摆长来计算5．某同学在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，先测得摆 线长78.50 cm ，摆球直径2.0 cm.然后将一个力电传感器接到 计算机上，实验中测量快速变化的力，悬线上拉力F 的大小 随时间t 的变化曲线如图8所示． (1)该摆摆长为________ cm. (2)该摆摆动周期为________ s.(3)测得当地重力加速度g 的值为________ m/s 2.(4)如果测得g 值偏小，可能原因是 ( ) A ．测摆线长时摆线拉得过紧B ．摆线上端悬点未固定好，摆动中出现松动C ．计算摆长时，忘记了加小球半径D ．读单摆周期时，读数偏大6．(1)在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图9甲、乙所示．测量方法正确的是________(选填“甲”或“乙”)．图9(2)实验时，若摆球在垂直纸面的平面内摆动，为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数，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，如图10甲所示．光敏电阻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________(填“变大”、“不变”或“变小”)，图乙中的Δt 将________(填“变大”、“不变”或“变小”)．图10答案课堂探究例14π2lT287.40 cm75.2 1.88例2(1)见解析(2)1.059.86例3(1)0.02(2)8.085左平衡位置(3)减小两单摆的摆长差等随堂训练1．AC2．(1)ABD(2)下4π2(L A－L B) T2A－T2B3．B 4 94．(1)2tn－1(2)π2(n－1)2(L＋d2)t2(3)5.980(4)BD5．(1)79.50(2)1.8(3)9.68(4)BCD 6．(1)乙(2)2t0变大变大。

2023届高考物理一轮实验专题：用单摆测定重力加速度1．（2022·江苏南通·模拟预测）某小组在“用单摆测量重力加速度”实验中：（1）组装单摆时，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线的上端，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图甲所示。

这样做的目的有________；A．保证摆动过程中摆长不变B．需要改变摆长时便于调节C．保证摆球在同一竖直平面内摆动（2）安装好实验装置后，先用刻度尺测量摆线长l，再用游标卡尺测量摆球直径d，其示数如图乙所示，则d=_______mm；（3）某次实验过程中，用秒表记录时间的起点应该是摆球运动过程中的________（选填“最高点”或“最低点”）；（4）该组同学测出五组单摆振动周期T与摆长L的数据如下表，请在图丙中作出T2-L关系图像_______。

根据图像算出重力加速度g=_______m/s2；（结果保留3位有效数字）（5）若测量值与当地重力加速度值相比偏大，可能原因是________（写出一个）。

2．（2022·北京八十中模拟预测）某研究性学习小组在进行“用单摆测量重力加速度”的实验中（实验装置如图甲所示），已知单摆在摆动过程中的最大偏角小于5︒。

在测量单摆的周期时，从单摆运动到最低点开始计时且记数为1，到第n次经过最低点所用的时间为t。

在测量单摆的摆长时，先用毫米刻度尺测得摆球悬挂后的摆线长（从悬点到摆球的最上端）为L，再用螺旋测微器测得摆球的直径为d（读数如图乙所示）。

①从图乙可知，摆球的直径为d=_________mm。

①小组某同学认为单摆周期为tTn=，你认为是否正确_________。

（A．正确；B．不正确）①用上述物理量的符号写出求重力加速度的一般表达式g=_________。

①在测量时，由于操作失误，致使摆球不在同一竖直平面内运动，而是在一个水平面内做圆周运动，如图所示，这时如果测出摆球做这种运动的周期，仍用单摆的周期公式求出重力加速度，则求出的重力加速度与重力加速度的实际值相比_________（填偏大、偏小、不变），说明理由___________。

专题87 实验：用单摆测定重力加速度1．利用单摆周期T＝2πlg，测重力加速度g＝4π2lT2.2.采用图象法处理数据，在l－T2图象中k＝g4π2.1.(2020·湖北高三月考)某学习小组学习了单摆的相关知识后，想利用如图1所示的装置测量当地的重力加速度．图1(1)组装单摆时，应在下列器材中选用________(填选项前的字母)．A．长度为60 cm左右的橡皮条B．长度为80 cm左右的细线C．直径为3 cm左右的塑料球D．直径为3 cm左右的钢球(2)实验步骤如下：A．用游标卡尺测量小球的直径；B．按装置图安装好实验装置；C．用米尺测量细线悬点到小球的长度L；D．将小球拉离平衡位置一个小角度，由静止释放小球，稳定后小球在某次经过平衡位置时开始计时，并计数为0，此后小球每摆到平衡位置一次，计数一次，依次计数为1,2,3，…，当数到20时，停止计时，测得时间为t；E．多次改变悬线长度，测出对应每次悬线的长度，重复实验步骤C、D；F．计算出每个悬线长度对应的t2；G．以t2为纵坐标、L为横坐标，作出t2－L图线．结合上述实验步骤，完成下列任务：该同学根据实验数据，利用计算机作出t2－L图线如图2所示．根据图线拟合得到方程t2＝403.3L＋6.3.由此可以得出当地的重力加速度g＝________m/s2.(取π2＝9.86，结果保留三位有效数字)图2(3)从理论上分析图线没有过坐标原点的原因是____________________________________． 答案 (1)BD (2)9.78 (3)没有把球的半径算入摆长解析 (1)选材时，要尽量减小空气阻力对单摆振动的影响，同时要便于测量，摆线选择细线而不能选择长度变化大的橡皮条，摆球选择质量大密度小的，故选B 、D. (2)依题意得，单摆的周期为T ＝t n 2＝t10，由单摆周期公式T ＝2πLg， 联立可得t 2＝400π2gL .由题意可得t 2＝403.3L ＋6.3，则400π2g＝403.3，可得g ≈9.78 m/s 2.(3)单摆摆长等于摆线长度和摆球半径之和，把摆线长度作为单摆摆长，摆长小于实际摆长，因此图线没有过坐标原点，在纵轴上截距不为零．2.(2020·四川攀枝花市第十五中学校高二期中)实验小组的同学用如图3所示的装置做“用单摆测重力加速度”的实验．图3(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 的铁球 D ．直径约2 cm 的塑料球E ．米尺F ．时钟G ．停表实验时需要从上述器材中选择：________(填写器材前面的字母)． (2)在挑选合适的器材制成单摆后他们开始实验，操作步骤如下： ①将单摆上端固定在铁架台上 ②测得摆线长度，作为单摆的摆长 ③在偏角较小的位置将小球由静止释放④记录小球完成n 次全振动所用的总时间t ，得到单摆振动周期T ＝tn⑤根据单摆周期公式计算重力加速度的大小．其中有一处操作不妥当的是______．(填写操作步骤前面的序号)(3)按照以上的实验步骤，测量多组摆长和对应的周期，并根据实验数据作出了图象，如图4所示，根据该图象得出重力加速度的测量值为________m/s 2.图4(4)实验后同学们进行了反思．他们发现由单摆周期公式可知周期与摆角无关，而实验中却要求摆角较小．请你简要说明其中的原因______________________________________． 答案 (1)ACEG (2)② (3)9.86 (4)T ＝2πlg是单摆做简谐运动的周期公式．当摆角较小时才可以将单摆的运动视为简谐运动解析 (1)单摆的摆长不可伸长，为减小空气阻力的影响和实验误差，先选用长约1 m 的细线，直径约2 cm 的铁球，要用米尺测量摆长，停表测量周期，故答案为：ACEG. (2)操作不妥当的是②.单摆的摆长应等于摆线长度加摆球的半径． (3)按照(2)的实验步骤，根据单摆的周期公式得T ＝2πl ＋r g ，解得T 2＝4π2g(l ＋r ) 由图象可知k ＝4π2g ＝4.01＝4，解得g ＝9.86 m/s 2.(4)公式T ＝2πlg是单摆做简谐运动的周期公式．当摆角较小时才可以将单摆的运动视为简谐运动．3．(2020·山东淄川中学高二期中)某同学利用单摆测量重力加速度． (1)在用单摆测定重力加速度的实验中，下列说法中错误的是( ) A ．对重力加速度测量值影响较大的是周期的测量 B ．摆球尽量选择质量大些、体积小些的C ．用刻度尺测量摆线的长度，这就是单摆的摆长D ．摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一些(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顶端的长度L 0＝96.58 cm ，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图5甲所示，则摆球直径d ＝________cm ；(3)实验时，他利用如图乙所示装置记录振动周期，在摆球运动的最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻，光敏电阻与某自动记录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R 随时间t 的变化图线如图丙所示，则该单摆的振动周期为T ＝________s ；图5(4)根据以上测量数据可得重力加速度g ＝________m/s 2(结果保留三位有效数字)，如果该同学测得的g 值偏小，可能的原因是________(填正确答案标号)． A ．摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了 B ．计算摆长时用的L ＝L 0＋d C ．摆球摆动的振幅偏小答案 (1)C (2)1.07 (3)2.000 (4)9.58 A解析 (1)根据公式g ＝4π2LT2可知，g 与T 2成反比，所以对重力加速度测量值影响较大的是周期的测量，故A 正确；为减小空气阻力对实验的影响，所以应该用体积小、质量大些的摆球进行实验，故B 正确；实验中摆长应该是摆线的长度与小球的半径之和，故C 错误；为了在实验过程中摆长尽量保持不变，为一恒定的值，所以摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一些，故D 正确；选错误的，故选C.(2)由图示游标卡尺可知，摆球的直径d ＝10 mm ＋7×0.1 mm＝10.7 mm ＝1.07 cm. (3)单摆在一个周期内两次经过平衡位置，根据图线丙的变化规律可知，单摆的周期为T ＝2.246 s －0.246 s ＝2.000 s.(4)单摆的摆长L ＝L 0＋d 2＝96.58＋1.072cm ＝0.971 15 m.根据单摆周期公式有T ＝2πL g ，得g ＝4π2L T 2＝4×3.142×0.971 152.0002 m/s 2≈9.58 m/s 2. 摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了，则摆长的测量值偏小，由g ＝4π2LT2可知，重力加速度g 的测量值偏小，故A 正确；计算摆长时用的是L ＝L 0＋d ，则摆长测量值偏大，根据g＝4π2LT2可知，重力加速度g的测量值偏大，故B错误；摆球摆动的振幅偏小不会影响g值的测量，故C错误．。

2.5 实验：用单摆测量重力加速度（同步检测）一、选择题1.在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，有人提出以下几点建议，可行的是()A．适当加长摆线B．质量相同，体积不同的摆球，应选用体积较大的C．单摆偏离平衡位置的角度要适当大一些D．当单摆经过平衡位置时开始计时，经过一次全振动后停止计时，用此时间间隔作为单摆振动的周期2.某同学用单摆测当地的重力加速度．他测出了摆线长度L和摆动周期T，如图甲所示．通过改变悬线长度L，测出对应的摆动周期T，获得多组T与L，再以T2为纵轴、L为横轴画出函数关系图像如图乙所示．由此种方法得到的重力加速度值与测实际摆长得到的重力加速度值相比会()A．偏大B．偏小C．一样D．都有可能3.(多选)在“用单摆测重力加速度”的实验中，下列措施中可以提高实验精度的是()A.选细线作为摆线B.单摆摆动时保持摆线在同一竖直平面内C.拴好摆球后，令其自然下垂时测量线长为摆长D.计时起止时刻，选在最大摆角处4.(多选)在“探究单摆周期与摆长关系”的实验中，下列做法正确的是()A.应选择伸缩性小、尽可能长的细线做摆线B.用刻度尺测出细线的长度并记为摆长lC.在小偏角下让单摆摆动D.当单摆经过平衡位置时开始计时，测量一次全振动的时间作为单摆的周期T二、非选择题5.(1)在用单摆测定重力加速度的实验中，应选用的器材为_________．A.1 m长的细线B.1 m长的粗线C.10 cm长的细线D.泡沫塑料小球E.小铁球F.秒表G.时钟H.厘米刻度尺I.毫米刻度尺J.游标卡尺(2)在该实验中，单摆的摆角φ应________，从摆球经过________开始计时，测出n次全振动的时间为t，用毫米刻度尺测出摆线长为L，用游标卡尺测出摆球的直径为d.用上述物理量的符号表示重力加速度的表达式为g＝____________.6.某同学在做“用单摆测重力加速度”的实验中，先测得摆线长为97.5 cm摆球直径为2.0 cm，然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间，则：(1)单摆摆长为________cm.(2)为了提高实验精确度，在实验室中可改变几次摆长L并测出相应的周期T，从而得出一组对应的L与T的数据，再以L为横坐标，T2为纵坐标，根据所得数据连成直线，并求得该直线的斜率为k，则重力加速度为________7.利用单摆测当地重力加速度的实验中．(1)利用游标卡尺测得金属小球直径如图甲所示，小球直径d＝________cm.(2)某同学测量数据如下表，请在图乙中画出L－T2的图像，由图像可得当地重力加速度g＝____________m/s2.(结果保留3位有效数字)L/m 0.40 0.50 0.60 0.80 1.20T2/s2 1.60 2.10 2.40 3.20 4.80(3)某同学在实验过程中，摆长没有加小球的半径，其他操作无误，那么他得到的实验图像可能是下列图像中的____________．A BC D8.用时间传感器代替秒表做“用单摆测定重力加速度”的实验装置如图甲所示．长为l的摆线一端固定在铁架台上，另一端连接一质量为m，直径为d的小球，在摆球运动轨迹最低点的左、右两侧分别正对放置一激光光源和一光敏电阻，细激光束与球心等高．光敏电阻与自动记录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t变化的图线如图乙所示．由此可知该单摆的振动周期为__________，用此装置测重力加速度表达式为g＝____________.9.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。

第5节实验：用单摆测重力加速度一、教材原型实验1．用单摆测定重力加速度的实验装置如图1所示。

（1）选用合适的器材组装成单摆后，主要步骤如下：①将单摆上端固定在铁架台上①让刻度尺的零刻度线对准摆线的悬点，测摆长L①记录小球完成n次全振动所用的总时间t①根据单摆周期公式计算重力加速度g的大小根据图2所示，测得的摆长L=________cm；重力加速度测量值表达式g=_________（用L、n、t表示）；（2）实验中为测量单摆的周期，将摆球从平衡位置拉开一个角度（小于5°），然后释放摆球，从摆球运动到___________处（选填“平衡位置”或“释放点位置”）开始计时；（3）为减小实验误差，多次改变摆长L，测量对应的单摆周期T，用多组实验数据绘制T2-L图像，如图3所示。

由图可知重力加速度g=___________（用图中字母表示）；（4）关于本实验，下列说法正确的是________（选填选项前的字母）。

A．需要用天平称出小球的质量B．测量摆长时，要让小球静止悬挂再测量C．摆长一定的情况下，摆的振幅越大越好【答案】98.502224Lntπ平衡位置()22122214L LT Tπ--B【详解】（1）[1]刻度尺的最小分度值为1mm，以小球中心为准，根据读数规则读数为98.50cm。

[2]测量单摆的周期为tTn=而单摆的理论周期为2T=2224πLngt=（2）[3]测量单摆的周期时，应该从摆球运动到平衡位置时开始计时，以此来减小计时误差。

（3）[4]对单摆的周期公式进行变形可得224πT Lg=根据图中斜率值，可得22221214πT TL L g-=-解得()22122214πL L gT T-=-（4）[5]A．本实验通过单摆的周期来测量当地的重力加速度，不需要摆球的质量，故A错误；B．测量摆长时，要让小球静止悬挂再测量，可以更精确地测量出悬点到球心的距离，故B正确；C．单摆只有在摆角小于或等于5°时才能看作是简谐运动，故C错误。

实验11：用单摆测定重力加速度一、实验目的1．会用单摆测定重力加速度。

2．会使用秒表。

二、实验原理当偏角很小时，单摆做简谐运动，其运动周期为T ＝2πl g ，它与偏角的大小及摆球的质量无关，由此得到g ＝4π2l T 2。

因此，只要测出摆长l 和振动周期T ，就可以求出当地重力加速度g 的值。

处理数据有两种方法：（1）公式法：测出30次或50次全振动的时间t ，利用T ＝t n 求出周期；不改变摆长，反复测量三次，算出三次测得的周期的平均值T ，然后利用g ＝4π2l T 2求重力加速度。

（2）图象法：由单摆周期公式不难推出：l =g 4π2T 2，因此，分别测出一系列摆长l 对应的周期T ，作l －T 2的图象，图象应是一条通过原点的直线，求出图线的斜率k =Δl ΔT 2，即可利用g =4π2k =4π2Δl ΔT 2求得重力加速度值，如图所示。

三、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米）、秒表、带毫米刻度的米尺和游标卡尺。

四、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，做成单摆。

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，在单摆平衡位置处作上标记，如图。

3．用米尺量出摆线长度l ′，精确到毫米，用游标卡尺测出摆球的直径，即得出金属小球半径r ，计算出摆长l ＝l ′＋r 。

4．把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度（不超过5°），然后放开金属小球，让金属小球摆动，待摆动平稳后测出单摆完成30～50次全振动所用的时间t ，计算出金属小球完成一次全振动所用时间，这个时间就是单摆的振动周期，即T ＝t N （N 为全振动的次数），反复测3次，再算出周期T ＝T 1＋T 2＋T 33。

5．根据单摆振动周期公式T ＝2πl g 计算当地重力加速度g ＝4π2lT 2。

6．改变摆长，重做几次实验，计算出每次实验的重力加速度值，求出它们的平均值，该平均值即为当地的重力加速度值。

【实验目的】1.利用单摆测定当地的重力加速度。

2.巩固和加深对单摆周期公式的理解。

【实验原理】单摆在偏角很小时的摆动，可以看成是简谐运动。

其固有周期为，由此可得g= ，据此，只要测出摆长l和周期T，即可计算出当地的重力加速度值。

【实验器材】铁架台及铁夹，中心有小孔的金属小球；约1m的细线；秒表，游标卡尺，刻度尺。

【实验步骤】1．在细线的一端打一个比小球上的孔径稍大些的结，将细线穿过球上的小孔，制成一个单摆。

2．将铁夹固定在铁架台的上端，铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，把做好的单摆固定在铁夹上，使摆球自由下垂。

3．用刻度尺测量单摆长（悬点到球心间的距离）。

或用游标卡尺测出摆球直径2r，再用米尺测出从悬点至小球上端的悬线长l'，则摆长l=。

4．把单摆从平衡位置拉开一个小角度，使单摆在竖直平面内摆动，用秒表测量单摆完成全振动30次（或50次）所用的时间，求出完成一次全振动所用的平均时间，这就是单摆的周期T。

反复测量3次，再算出测得的周期T的平均值。

5．将测出的摆长l 和周期T 代入公式g 的值。

【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1m 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2cm 。

2、 单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上，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、 摆球摆动时，要使之保持在同一个竖直平面内，不要形成圆锥摆。

4、 计算单摆的振动次数时，应以摆球通过最低位置时开始计时，以后摆球从同一方向通过最低位置时进行计数，且在数“零”的同时按下秒表，开始计时计数。

5、 为使摆长测量准确，从而减小实验误差，在不使用游标卡尺测量摆球直径的情况下，可以用刻度尺量出图中的l 1和l 26、4.由公式g= 224πl T,分别测出一系列摆长l 对应的周期T.作出l-T 2的图象,如图2所示,图象应是一条通过原点的直线,求出图线的斜率k,即可求得g 值. 2224π,l l g k k T T ∆===∆ 根据图线斜率求g 值可以减小误差.【实验数据记录和处理】表8－1【问题与讨论】1．应该在单摆处于自然下垂状态时测量单摆的摆长l，为什么？2．计算单摆的振动次数时，应以摆球通过最低位置时开始计时，为什么？3.实验中测量单摆的周期T时，为什么采用测50T，而不是直接测量T？【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,振动是圆锥摆还是在同一竖直平面内的振动等.2.偶然误差主要来自时间上的测量,因此,要从摆球通过平衡位置开始计时,不能多计或漏计振动次数.3.为了减小偶然误差,通常采用多次测量求平均值及用图象处理数据的方法.【基础练习】1．某同学在做“利用单摆测重力加速度”实验中，先测得摆线长为101.00cm，摆球直径为2.00cm，然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间为101.5s。

用单摆测定重力加速度1.“用单摆测定重力加速度”的实验步骤如下：A.取一段1 m 左右的细线，一端穿过小钢球上的小孔，然后打一个比小孔大一些的线结，另一端绕在铁架台上固定的横铁杆上，让摆球自由下垂于桌边之外B.用刻度尺测量悬点到小球顶点间细线的长度LC.将单摆从平衡位置拉开一个角度(不超10°)，释放后当摆球经过平衡位置时开始计时，测出全振动50次的时间t ，求出T ＝t50，反复测三次，求出周期的平均值D.用公式g ＝4π2LT2算出重力加速度的值上述几个步骤中，有错误．．的地方是： . 解析：步骤A 中，“另一端绕在铁架台上”，另一端应固定. 步骤B 中，还应用游标卡尺测量小球的直径d .步骤C 中，应算出三次重力加速度g 的值，再求g 的平均值. 步骤D 中，公式应为g ＝4π2(L ＋d2)T 2.2.用单摆测定重力加速度时，某同学测得的数值大于当地重力加速度的真实值，引起这一误差的可能原因是( )A.摆线上端未系牢，摆动中松驰了B.把摆线长当成摆长C.把摆线长加摆球直径当成摆长D.测量周期时，当摆球通过平衡位置时启动秒表并数下“1”，直到第30次同向过平衡位置时制动秒表，读得经历时间t ，用周期T ＝t30来进行计算解析：由T ＝2πL g 知g ＝4π2LT 2，若测得的g 偏大，即L 偏大或T 偏小，故答案选C 、D.答案：CD3.在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，某同学先测得摆线长为89.2 cm ，摆球的直径如图所示，然后用秒表记录了单摆做30次全振动.(1)该单摆的摆长为 cm.(2)如果该同学测得的g 值偏大，可能的原因是( )A.测摆长时记录的是摆球的直径B.开始计时时，秒表过迟按下C.摆线上端牢固地系于悬点，摆动中出现松动，使摆线长度增加了D.实验中误将29次全振动数为30次(3)为了提高实验精度，在实验中可改变几次摆长l ，测出相应的周期T ，从而得出一组对应的l 与T 的数值，再以l 为横坐标，T 2为纵坐标，将所得数据连成直线如图所示，则测得的重力加速度g ＝ .解析：(1)摆长l ＝l 0＋d 2＝89.2 cm ＋12×2.050 cm ＝90.225 cm.(2)因为g 测＝4π2n 2(l 0＋d2)t 2，若把(l 0＋d )当作摆长，则g 测偏大；若按表过迟，则t 偏小，使得g 测偏大；若摆长变长了，则l 偏小，使得g 测偏小；若将n ＝29记成30，则由公式可知g 测偏小.故选ABD.(3)g ＝4π2k ＝9.86 m/s 2.答案：(1)90.225 (2)ABD (3)9.86 m/s 24、“用单摆测定重力加速度”的实验原理是( )A.由g ＝4π2LT 2可知，T 一定时，g 与L 成正比B.由g ＝4π2LT2可知，L 一定时，g 与T 2成反比C.由于单摆的振动周期T 和摆长L 可用实验测定，利用关系式g ＝4π2LT 2可算出当地的重力加速度D.同一地区单摆的周期不变，不同地区的重力加速度与周期的平方成反比 答案：C5、在“用单摆测定重力加速度”的实验中，下列说法错误．．的是( ) A.摆长应为摆线长与小球半径之和B.测出的g 值偏小，可能是全振动次数n 误记为n ＋1C.应选在小球运动到最低点开始计时D.振动中摆角的最大值不应超过10° 答案：B6、一单摆做小角度摆动，其振动图象如图所示，以下说法正确的是[2006年高考·天津理综卷]( )A.t 1时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最小B.t 2时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最小C.t 3时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最大D.t 4时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最大解析：在t 1、t 3时刻摆球在最大位移处，速度最小，悬绳对它的拉力最小，F min ＝mg cos θ；在t 2、t 4时刻，摆球在平衡位置，速度最大，悬绳对它的拉力最大，F max ＝mg ＋m v 2R.答案：D7、某同学在“用单摆测定重力加速度”的实验中，用的摆球密度不均匀，无法确定重心位置.他第一次量得悬线长为l 1(不计半径)，测得周期为T 1；第二次量得悬线长为l 2，测得周期为T 2.根据上述数据，g 值为( )A.4π2(l 1＋l 2)T 21＋T 22B.4π2(l 1－l 2)T 21－T 22C.4π2l 1l 2T 1·T 2D.无法判断 解析：可假设摆球重心距摆球上端为Δl ，由单摆周期公式可得：g ＝4π2(l 1＋Δl )T 21＝4π2(l 2＋Δl )T 22可推得：g ＝4π2(l 1－l 2)T 21－T 22.答案：B8、一列简谐横波，在t ＝0时的波形如图所示，P 、Q 两点的坐标分别为(－1,0)、(－7,0)，波的传播方向由右向左.已知t ＝0.7 s 时，P 点第二次出现波峰，则( )A.t ＝0.9 s 时，Q 点第一次出现波峰B.t ＝1.2 s 时，Q 点第一次出现波峰C.振源的起振方向一定向上D.当质点Q 位于波峰时，质点P 位于波谷解析：由图象可知t＝74T时，P点第二次出现波峰，可得：T＝0.4 s，v＝λT＝10 m/s，故Q点第一次出现波峰的时间t＝2－(－7)10s＝0.9 s，A正确、B错误.由图象可知波前点的起振方向为y轴正方向，故振源的起振方向也为y轴正方向，C正确.PQ＝6 m＝32λ，故Q位于波峰时P位于波谷，D正确.答案：ACD9、位于坐标原点O的波源开始向上振动，形成的简谐波沿x轴正方向传播，传播速度为10 m/s，周期为0.4 s，波源振动0.3 s 后立即停止振动.波源停止振动后经过0.2 s的波形是()解析：由题意知波前点向上振动，0～2 m之间的质点已停止振动，D正确.答案：D10、频率一定的声源在空气中向静止的接收器匀速运动.以u表示声源的速度，v表示声波的速度(u＜v)，f表示接收器接收到的频率.若u增大，则[2006年高考·全国理综卷Ⅱ]()A.f增大，v增大B.f增大，v不变C.f不变，v增大D.f减少，v不变解析：波源向接收器运动的速度增大，则接收频率变大.而声波的速度由介质决定，与波源相对介质的速度无关.B正确.答案：B11、某同学用游标为10个小等分刻度的游标卡尺测量一物体的长度，得到如图所示的游标卡尺的读数.由于前半部分被遮挡，只能看到游标的后半部分，图中游标卡尺的示数为cm.解析：由题图可知，整个游标尺上各刻度与主尺上刻度的对应关系如下：可知测量值x ＝3.4 cm ＋5格×0.1 cm10格＝3.45 cm答案：3.4512、将图甲中的演示简谐振动图象的沙摆实验稍作变更：使木板沿直线OO ′做匀加速直线运动，摆动着的漏斗中漏出的沙在木板上显示出图乙所示曲线.A 、B 、C 、D 、E 均为OO ′轴上的点，测出AB ＝s 1，BC ＝s 2，摆长为L (可视为不变)，摆角小于10°，则木板的加速度大小约为 .解析：t AB ＝t BC ＝t ＝πLg由匀加速运动的规律可得： s 2－s 1＝at 2解得：a ＝g (s 2－s 1)π2L .答案：g (s 2－s 1)π2L13、用如图所示的自由落体仪测量重力加速度，通过电磁铁控制的小铁球每次从同一点A 处自由下落，下落过程中依次经过两个光电门B 、C ，从而触发与之相连接的光电毫秒计时器.每次下落，小铁球经过B 处时开始计时，经过C 处时停止计时，并可读出相应的B 、C 两处位置坐标.在第一次实验过程中，计时器所记录的小球从B 至C 的下落时间为t 1，B 、C 两光电门的高度差为h 1.现保持光电门B 的位置不动，改变光电门C 的位置，再做第二次实验.在第二次实验过程中，计时器所记录的小球从B 至C 的下落时间为t 2，B 、C 两光电门的高度差为h 2.由此测得重力加速度g 的计算公式为：g ＝ .解析：由h 1＝12g (t 0＋t 1)2－12gt 20，h 2＝12g (t 0＋t 2)2－12gt 20，可得g ＝2(h 1t 2－h 2t 1)t 1t 2(t 1－t 2). 答案：2(h 1t 2－h 2t 1)t 1t 2(t 1－t 2)14、在“用单摆测定重力加速度”的实验中，测得单摆摆角小于5°时，完成n 次全振动时间为t ，用毫米刻度尺测得摆线长为l ，用螺旋测微器测得摆球直径为d .(1)测得重力加速度的表达式为g ＝ .(2)螺旋测微器的读数如图所示，摆球直径d ＝ . (3)实验时某同学测得的g 值偏大，其原因可能是 . A.实验室的海拔太高 B.摆球太重C.测出n 次全振动时间为t ，误作为(n ＋1)次全振动时间进行计算D.用摆线长与摆球直径之和作为摆长来计算 答案：(1)4π2n 2(l ＋d2)t2(2)7.323 mm(7.321 mm ～7.324 mm 都正确) (3)CD15、将一单摆装置竖直悬挂于某一深度为h (未知)且开口向下的小筒中(单摆的下部分露于筒外)，如图甲所示.将悬线拉离平衡位置一个小角度后由静止释放，设单摆摆动的过程中悬线不会碰到筒壁，如果本实验的长度测量工具只能测量出筒的下端口到摆球球心的距离L ，并通过改变L 而测出对应的摆动周期T ，再以T 2为纵轴、L 为横轴作出函数关系图象，那么就可以通过此图象得出小筒的深度h 和当地的重力加速度g .(1)现有如下测量工具：A.时钟；B.秒表；C.天平；D.毫米刻度尺.本实验所需的测量工具有 .(2)如果实验中所得到的T 2－L 关系图象如图乙所示，那么真正的图象应该是a 、b 、c 中的 .(3)由图象可知，小筒的深度h ＝ m ，当地的重力加速度g ＝ m/s 2. 解析：(1)测量筒的下端口到摆球球心之间的距离L ，用到毫米刻度尺，测单摆的周期用秒表，所以测量工具选B 、D.(2)设摆线在筒内部分的长度为h ，由T ＝2πL ＋h g 得：T 2＝4π2g L ＋4π2gh ，可知T 2－L 关系图线为a.(3)将T2＝0，L＝－30 cm代入上式可得：h＝30 cm＝0.3 m将T2＝1.20，L＝0代入上式可得：g＝π2＝9.86 m/s2.答案：(1)BD(2)a(3)0.39.8616、如图所示，某同学采用双线摆和光电计数器测定当地的重力加速度，已知每根悬线长为d，两悬点间相距s，金属小球半径为r，AB为光电计数器.现将小球垂直于纸面向外拉动，使悬线偏离竖直方向一个较小的角度并由静止释放，同时启动光电计数器，当小球第一次经过图中虚线(光束)位置O时，由A射向B的光束被挡住，计数器计数一次，显示为“1”，同时计时器开始计时，然后每当小球经过O点时，计数器都计数一次，当计数器上显示的计数次数刚好为n 时，所用的时间为t，由此可知：(1)双线摆的振动周期T＝，双线摆的摆长L＝.(2)计算重力加速度g时，依据公式g＝代入周期T和等效摆长L的值即可求出重力加速度.(3)该同学在实验中，测量5种不同摆长情况下单摆的振动周期，记录表格如下：以L为横坐标，g ＝m/s2.(保留三位有效数字)甲乙答案：(1)2tn －1d 2－(s2)2＋r(2)4π2L T2(3)如图乙所示 9.86。

专题48 用单摆测量重力加速度一．实验思路：当摆角较小时，单摆做简谐运动，根据其周期公式可得g ＝4π2l T 2，则测出单摆的摆长和周期即可测出重力加速度. 二、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。

三、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：用米尺量出摆线长l 0(精确到毫米)，用游标卡尺测出小球直径D ，则单摆的摆长l ＝l 0＋D 2。

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。

四、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 ＝4π2l T 2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 ＝2πl g 可得l ＝g 4π2T 2，因此以摆长l 为纵轴，以T 2为横轴作出的l －T 2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。

g 4π2＝k ，k ＝l T 2＝Δl ΔT 2。

五、注意事项1．选择摆线时应尽量选择细、轻且不易伸长的线，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、摆长改变的情况。

3．小球在同一竖直面内摆动不要形成圆锥摆，且摆角小于5°.4．选择在摆球摆到平衡位置处开始计时，并数准全振动的次数．5．小球自然下垂时，用毫米刻度尺量出悬线长l′，用游标卡尺测量小球的直径，然后算出摆球的半径r，则摆长l＝l′＋r.1．（2022·全国·高三课时练习）某同学做“用单摆测量重力加速度”的实验时，提供了下列部分器材：①长约1 m的细线②直径约为2 cm的带孔匀质小钢球③数字停表④铁架台（如图）⑤游标卡尺⑥天平回答下列问题：（1）为了完成实验，上述器材不需要的是______（填器材前的序号）。

第二章机械振动2.5 实验：用单摆测量重力加速度一、选择题：1.利用单摆测重力加速度时，若测得g值偏大，则可能是因为()A．单摆的摆锤质量偏大B．测量摆长时，只考虑了悬线长，忽略了小球的半径C．测量周期时，把n次全振动误认为是(n＋1)次全振动D．测量周期时，把n次全振动误认为是(n－1)次全振动C[由单摆周期公式知T＝2πlg，g＝4π2lT2，而T＝tn，所以g＝4π2ln2t2，由此可知C项正确．]2.地球表面的重力加速度约为9.8 m/s2，月球表面的重力加速度是地球表面的16，将走时准确的摆钟从地球放到月球上去，在地球上经过24 h，该钟在月球上显示经过了() A．4 h B．9.8 hC．12 h D．58.8 hB[由单摆的周期公式T＝2πlg，得T地T月＝g月g地＝16，即T月＝6T地，则摆钟在月球上单位时间内完成的全振动的次数为在地球上的66，所以在地球上经过24 h，该钟在月球上显示经过的时间为24×66h＝4 6 h≈9.8 h，选项B正确．]3.把在北京调准的摆钟，由北京移到赤道上时，摆钟的振动() A．变慢了，要使它恢复准确，应增加摆长B．变慢了，要使它恢复准确，应缩短摆长C．变快了，要使它恢复准确，应增加摆长D．变快了，要使它恢复准确，应缩短摆长B[把标准摆钟从北京移到赤道上，重力加速度g变小，则周期T＝2πlg＞T0，摆钟显示的时间小于实际时间，因此变慢了．要使它恢复准确，应缩短摆长，B项正确．]4.在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，有人提出如下建议，其中对提高测量结果精确度有利的是()A．适当加长摆线B．质量相同、体积不同的摆球，应选用体积较大的C．单摆偏离平衡位置的角度不能太大D．当单摆经过最高位置时开始计时E．当单摆经过平衡位置时开始计时，且测量30～50次全振动的时间解析：单摆实验的精确度取决于实验装置的理想化程度及相关物理量的测量精度．适当加长摆线，有利于把摆球看成质点，在摆角小于5°的条件下，摆球的空间位置变化较大，便于观察，A对；摆球体积越大，所受空气阻力越大，对质量相同的摆球影响越大，B错；摆角应小于5°，C对；本实验采用累积法测量周期，且从球过平衡位置时开始计时，D错，E正确．答案：ACE二．非选择题：5.如图所示，三根细线在O点处打结，A、B端固定在同一水平面上相距为l的两点上，使∠AOB ＝90°，∠BAO＝30°，已知OC线长是l，下端C点系着一个小球(可视为质点且做小角度摆动)．让小球在纸面内振动，周期T＝________．让小球在垂直纸面内振动，周期T＝________．解析：让小球在纸面内振动，在偏角很小时，单摆做简谐运动，摆长为l，周期T＝2πlg；让小球在垂直纸面内振动，在偏角很小时，单摆做简谐运动，摆长为(34ll＋l)，周期T＝2π（34＋1）lg.答案：2πlg2π（34＋1）lg6．如图所示，将摆长为L 的单摆放在一升降机中，若升降机以加速度a 向上匀加速运动，求单摆的摆动周期．解析：单摆的平衡位置在竖直位置，若摆球相对升降机静止，则摆球受重力mg 和绳拉力F ，根据牛顿第二定律：F －mg ＝ma ，此时摆球的视重mg ′＝F ＝m (g ＋a )，所以单摆的等效重力加速度g ′＝Fm＝g ＋a ，因而单摆的周期为T ＝2πLg ′＝2πL g ＋a. 答案：2πL g ＋a7.在“利用单摆测定重力加速度”的实验中，由单摆做简谐运动的周期公式得到g ＝4π2lT 2.只要测出多组单摆的摆长l 和运动周期T ，作出T 2­l 图像，就可以求出当地的重力加速度．理论上T 2­l 图像是一条过坐标原点的直线，某同学根据实验数据作出的图像如图所示．(1)造成图像不过坐标原点的原因可能是________．(2)由图像求出的重力加速度g ＝________ m/s 2.(π2取9.87)[解析] (1)既然所画T 2­l 图像与纵坐标有正截距，这就表明l 的测量值与真实值相比偏小了，则意味着测摆长时可能漏掉了摆球半径．(2)图像的斜率k ＝4π2g ＝4 s 2/m ，则g ＝4π2k＝9.87 m/s 2.[答案] (1)测摆长时漏掉了摆球半径 (2)9.87 8.某同学利用单摆测量重力加速度．(1)(多选)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D．摆长一定的情况下，摆的振幅尽量大(2)如图所示，在物理支架的竖直立柱上固定有摆长约1 m的单摆．实验时，由于仅有量程为20 cm、精度为1 mm的钢板刻度尺，于是他先使摆球自然下垂，在竖直立柱上与摆球最下端处于同一水平面的位置做一标记点，测出单摆的周期T1；然后保持悬点位置不变，设法将摆长缩短一些，再次使摆球自然下垂，用同样方法在竖直立柱上做另一标记点，并测出单摆的周期T2；最后用钢板刻度尺量出竖直立柱上的两标记点之间的距离ΔL.用上述测量结果，写出重力加速度的表达式g＝________.[解析](1)为了减小实验误差，应选用密度大、体积小的摆球，A项错误；摆线应选用不易伸缩的细线，B项正确；实验时摆球应在同一竖直面内摆动，而不能做成圆锥摆，C项正确；摆长一定的情况下，偏角不能超过5°，因此摆的振幅不能过大，D项错误．(2)设单摆周期为T1时，单摆的摆长为L，由单摆周期公式得T1＝2πLg，T2＝2πL－ΔLg，解得g＝4π2ΔLT21－T22.[答案](1)BC(2)4π2ΔLT21－T229．某同学在一次用单摆测重力加速度的实验中，测量5种不同摆长与单摆的振动周期的对应情况，并将记录的结果描绘在如图所示的坐标系中．图中各坐标点的标号分别对应实验中5种不同摆长的情况．在处理数据时，该同学实验中的第________数据点应当舍弃．画出该同学记录的T2­l图线．求重力加速度时，他首先求出图线的斜率k，则用斜率k求重力加速度的表达式为g＝________.[解析] 将图中各点连线如图所示，可见第4点偏离直线较远，则该点误差较大，所以第4数据点应舍去；在T 2­l图线中直线的斜率为k ＝ΔT 2Δl，由T ＝2πl g 得g ＝4π2l T 2，则g ＝4π2Δl ΔT 2＝4π2k. [答案] 4 4π2k10.(1)在用单摆测定重力加速度的实验中，应选用的器材为________． A ．1 m 长的细线 B ．1 m 长的粗线 C ．10 cm 长的细线 D ．泡沫塑料小球 E ．小铁球 F ．秒表 G ．时钟 H ．厘米刻度尺 I ．毫米刻度尺J ．游标卡尺(2)在该实验中，单摆的摆角θ应________，从摆球经过________开始计时，测出n 次全振动的时间为t ，用毫米刻度尺测出摆线长为L ，用游标卡尺测出摆球的直径为d .用上述物理量的符号写出测出的重力加速度的一般表达式为g ＝________．解析：(1)做摆长的细线要用不易伸长的细线，一般不应短于1米，选A ；小球应是密度较大，直径较小的金属球，选E ；计时仪器宜选用秒表F ；测摆长应选用毫米刻度尺I ，用游标卡尺测摆球的直径．(2)根据单摆做简谐运动的条件知θ＜5°；因平衡位置易判断，且经平衡位置时速度大，用时少，误差小，所以从平衡位置开始计时．根据T ＝2πl g ，又T ＝t n ，l ＝L ＋d2得g ＝4π2⎝⎛⎭⎫L ＋d 2n 2t 2.答案：(1)AEFIJ (2)小于5° 平衡位置 4π2⎝⎛⎭⎫L ＋d 2n 2t 211．某同学在“利用单摆测重力加速度”的实验中，先测得摆线长为97.50 cm ，摆球直径为2.00 cm ，然后用停表记录了单摆振动50次所用的时间，如图所示，则：(1)该单摆摆长为________cm ，停表的示数为________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，振动中出现松动，使摆线长度增加了，使周期变大了C ．开始计时时，停表过迟按下D ．实验中误将49次全振动次数记为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，然后建立以l 为横坐标、T 2为纵坐标的直角坐标系，根据数据描点并连成直线，如图所示．求得该直线的斜率为k ，则重力加速度g ＝________.(用k 表示)[解析] (1)摆长l ＝l ′＋d2＝98.50 cm ，t ＝99.8 s.(2)由单摆周期公式T ＝2πl g，得g ＝4π2l⎝⎛⎭⎫t n 2，所以l 偏大，则g 偏大；t 偏小，则g 偏大；t 偏大，则g 偏小；n 偏大，则g 偏大．故选项B 正确．(3)由单摆周期公式可得T 2＝4π2l g ，那么图中直线斜率k ＝4π2g ，所以g ＝4π2k.[答案] (1)98.50 99.8 (2)B (3)4π2k12.甲、乙两个学习小组分别利用单摆测定重力加速度．(1)甲组同学采用图甲所示的实验装置．∠为比较准确地测量出当地重力加速度的数值，除秒表外，在下列器材中，还应该选用________．(用器材前的字母表示)a ．长度接近1 m 的细绳b ．长度为30 cm 左右的细绳c ．直径为1.8 cm 的塑料球d ．直径为1.8 cm 的铁球e ．最小刻度为1 cm 的米尺f ．最小刻度为1 mm 的米尺∠该组同学先测出悬点到小球球心的距离l ，然后用秒表测出单摆完成n 次全振动所用的时间t .请写出重力加速度的表达式g ＝________.(用所测物理量表示)(2)乙组同学在图甲所示装置的基础上再增加一个速度传感器，如图乙所示．将摆球拉开一小角度使其做简谐运动，速度传感器记录了摆球振动过程中速度随时间变化的关系，如图丙所示的v ­t 图线．∠由图丙可知，该单摆的周期T ＝________s.∠更换摆线长度后，多次测量，根据实验数据，利用计算机作出T 2­l (周期二次方－摆长)图像，并根据图像拟合得到方程T 2＝4.04l ＋0.035.由此可以得出当地的重力加速度g ＝________m/s 2.(取π2＝9.86，结果保留三位有效数字)[解析] (1)∠根据T ＝2πl g 得g ＝4π2lT2，则可知要准确地测量出当地的重力加速度需要测量摆长，摆长等于摆线的长度和摆球的半径之和，所以选择长度近1 m 的细绳，直径为1.8 cm 的铁球，需要测量摆线长，所以需要最小刻度为1 mm 的米尺，故选a 、d 、f.∠因为T ＝t n ，则g ＝4π2n 2lt2.(2)∠根据单摆振动的v ­t 图像知，单摆的周期T ＝2.0 s.∠根据T ＝2πl g 得T 2＝4π2l g. 图线的斜率：k ＝4π2g ＝4.04 s 2/m ，解得：g ≈9.76 m/s 2.[答案] (1)∠adf ∠4π2n 2lt 2 (2)∠2.0 ∠9.7613. 用单摆测定重力加速度的实验装置如图所示．(1)组装单摆时，应在下列器材中选用________(选填选项前的字母)． A ．长度为1 m 左右的细线 B ．长度为30 cm 左右的细线 C ．直径为1.8 cm 的塑料球D．直径为1.8 cm的铁球(2)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)．(3)下表是某同学记录的3组实验数据，并作了部分计算处理．组次123摆长L/cm80.0090.00100.0050次全振动时间t/s90.095.5100.5振动周期T/s 1.80 1.91重力加速度g/(m·s－2)9.749.73(4)用多组实验数据作出T2­L图像，也可以求出重力加速度g.已知三位同学作出的T2­L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________(选填选项前的字母)．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LB．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(5)某同学在家里测重力加速度．他找到细线和铁锁，制成一个单摆，如图所示．由于家里只有一根量程为30 cm的刻度尺．于是他在细线上的A点做了一个标记，使得悬点O到A点间的细线长度小于刻度尺量程．保持该标记以下的细线长度不变，通过改变O、A间细线长度以改变摆长．实验中，当O、A间细线的长度分别为l1、l2时，测得相应单摆的周期为T1、T2.由此可得重力加速度g＝________(用l1、l2、T1、T2表示)．思路点拨：该题全面考查了重力加速度的测量、数据的处理以及误差的分析，要掌握单摆的周期公式，从而求解重力加速度、摆长、周期等物理量之间的关系．[解析](1)单摆模型需要满足的条件是摆线的长度远大于小球直径，小球的密度越大越好，这样可以忽略空气阻力．(2)周期T ＝tn ，结合T ＝2πL g ，可得g ＝4π2n 2L t 2.(3)周期T ＝t n ＝100.5 s 50＝2.01 s ，由T ＝2πLg，解得g ＝9.76 m/s 2.(4)由T ＝2πLg，两边平方后可知T 2­L 是过原点的直线，b 为正确的图线，a 与b 相比，周期相同时，摆长更短，说明a 对应测量的摆长偏小；c 与b 相比，摆长相同时，周期偏小，可能是多记录了振动次数．(5)设A 到铁锁重心的距离为l ，则第1、2次的摆长分别为l ＋l 1、l ＋l 2，由T 1＝2πl ＋l 1g，T 2＝2πl ＋l 2g，联立解得：g ＝4π2(l 1－l 2)T 21－T 22. [答案] (1)AD (2)4π2n 2Lt 2 (3)2.01 9.76 (4)B (5)4π2(l 1－l 2)T 21－T 2215.如图所示，ACB 为光滑弧形槽，弧形槽半径为R ，R ∠AB .甲球从弧形槽的球心处自由落下，乙球从A 点由静止释放．问题：(1)两球第1次到达C 点的时间之比．(2)若在圆弧的最低点C 的正上方h 处由静止释放小球甲，让其自由下落，同时乙球从圆弧左侧由静止释放，欲使甲、乙两球在圆弧最低点C 处相遇，则甲球下落的高度h 是多少？[解析] (1)甲球做自由落体运动 R ＝12gt 21，所以t 1＝2R g. 乙球沿圆弧做简谐运动(由于∠R ，可认为摆角θ＜5°)．此振动与一个摆长为R 的单摆振动模型相同，故此等效摆长为R ，因此乙球第1次到达C 处的时间t 2＝14T ＝14×2πR g ＝π2R g ，所以t 1∠t 2＝22π. (2)甲球从离弧形槽最低点h 高处开始自由下落，到达C 点的时间t 甲＝2hg. 由于乙球运动的周期性，所以乙球到达C 点的时间t 乙＝T 4＋n T 2＝π2Rg(2n ＋1)(n ＝0,1,2，…)由于甲、乙在C 处相遇，故t 甲＝t 乙解得h ＝(2n ＋1)2π2R 8(n ＝0,1,2，…)． [答案] (1)22π (2)(2n ＋1)2π2R 8(n ＝0,1,2，…)。

第5讲 学生实验：用单摆测定重力加速度[目标定位] 1.掌握用单摆测定重力加速度的原理和方法.2.体会单摆做简谐运动的条件．一、实验原理根据单摆的周期公式T ＝2πl g ，可得g ＝4π2l T2. 只要测出单摆的摆长l 和振动周期T 即可算出当地的重力加速度g . 二、实验过程1．让细线的一端穿过摆球的小孔，然后打一个比小孔大的线结．线的另一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，让摆球自由下垂．如图1所示．图12．用米尺量出悬线长度l ′，用游标卡尺测出摆球的直径d ，则摆长l ＝l ′＋d2.3．把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度(不超过5°)后释放，使摆球只在一个竖直平面内做简谐运动．从摆球通过平衡位置时开始计时，数出之后摆球通过平衡位置的次数n ，用停表记下所用的时间t ，则单摆振动的周期T ＝2t n.4．根据单摆的周期公式，计算出重力加速度．5．变更摆长，重做几次实验，计算出每次实验得到的重力加速度值，求其平均值．一、实验器材、实验步骤与数据处理 1．实验器材长约1 m 的细线，有小孔的摆球一个，带铁夹的铁架台、停表、游标卡尺、米尺． 2．实验步骤3．数据处理(1)公式法：将实验数据代入公式g ＝4π2lT 2求出每次重力加速度的值，然后求g 的平均值，即为本地的重力加速度．(2)图像法：由T ＝2πl g 得T 2＝4π2gl ，以T 2为纵轴，以l 为横轴，作出T 2 l 图像，如图2所示．其斜率k ＝4π2g，由图像的斜率即可求出重力加速度g .图2【例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 ＝.如果已知摆球直径为2.00 cm ，让刻度尺的零点对准摆线的悬点，摆线竖直下垂，如图3(a)所示，那么单摆摆长是 cm.如果测定了40次全振动的时间如图(b)中秒表所示，那么秒表读数是s ，单摆的摆动周期是s.图3解析 由实验原理和单摆的周期公式T ＝2πl g 知g ＝4π2lT2.摆球的直径d ＝2.00 cm ，故摆长l ＝(88.40－2.002) cm ＝87.40 cm.秒表的读数t ＝75.2 s ，故单摆的振动周期T ＝t n ＝75.240 s＝1.88 s.答案 4π2lT2 87.40 75.2 1.88【例2】 在“用单摆测定重力加速度”的实验中，由于没有游标卡尺，无法测小球的直径d ，实验中将悬点到小球最低点的距离作为摆长l ，测得多组周期T 和l 的数据，作出T 2l 图像，如图4所示．图4(1)实验得到的T 2 l 图像是(选填a 、b 或c )； (2)小球的直径是cm ；(3)实验测得当地重力加速度大小是m/s 2(π＝3.14，结果取三位有效数字)．解析 (1)由T ＝2πl －d 2g 得l ＝g 4π2T 2＋d 2，由数学关系得斜率为g 4π2，截距为d2，截距为正值，则图像为c .(2)由截距为d2＝0.6 cm ，可知d ＝1.2 cm.(3)由斜率k ＝g 4π2＝0.62.4，可知g ＝9.86 m/s 2. 答案 (1)c (2)1.2 (3)9.86 二、注意事项与误差分析 1．注意事项(1)选择材料时应选择细而不易伸长的线，长度一般为1 m 左右．小球应选用质量大、体积小的金属球．(2)单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上，应紧夹在铁夹中．以免摆动时发生悬线下滑，摆长改变的现象．(3)注意摆动时控制悬线偏离竖直方向不超过5°，可通过估算振幅的办法掌握． (4)摆球摆动时，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，应以摆球摆动稳定后通过最低位置时开始计时，若以后每当摆球从同一方向通过最低点时计数，则记录的是全振动的次数n .周期T ＝tn ；若数出的是以后摆球通过平衡位置的次数n ，则周期T ＝t n 2＝2tn .2．误差分析(1)本实验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，是单摆还是复摆，球、线是否符合要求，摆动是圆锥摆还是在同一竖直平面内摆动，以及测量哪段长度作为摆长等等．(2)本实验偶然误差主要来自时间(即单摆周期)的测量上，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，不能多记或漏记振动次数．为了减小偶然误差，应进行多次测量取平均值．【例3】用单摆做测定重力加速度的实验，某同学做实验时，操作上错误．．或不合理．．．的有．A．单摆的偏角大于10°B．摆球摆动到最高点开始计时C．防止摆球在水平面内做圆周运动或椭圆运动D．测出的摆线长就是摆长E．在平衡位置启动秒表，并开始计数，当摆球第30次经过平衡位置时制动秒表，若读数为t，则T＝t30解析A．单摆应保证偏角小于5°，做简谐运动．B．应在通过最低点时开始计时，误差较小．C．摆长应为摆线长加摆球半径．E．如此计数，则T＝t14.5，应在摆球经过平衡位置时开始计数，在摆球下一次以相同方向通过平衡位置时，计数为1.答案ABDE【例4】在用单摆测定重力加速度时，某同学用同一套实验装置，用同样的步骤进行实验，但所测得的重力加速度总是偏大，其原因可能是()A．测定周期时，振动次数少数了一次B．测定周期时，振动次数多数了一次C．摆球的质量过大D．计算摆长时，只考虑悬线的长度，没有加上小球的半径解析由计算g的公式g＝4π2lT2可知，如果振动次数多数了一次，即T偏小，使g偏大，选项A错，B对；摆球的质量过大，不影响单摆的周期与摆长，所以不影响测得的重力加速度，选项C错；当l偏小时，求得的g偏小，选项D错．答案 B实验原理、器材及数据处理1．在用单摆测定重力加速度实验中：(1)为了比较准确地测量出当地的重力加速度值，应选用下列所给器材中的哪些？将你所选用的器材前的字母填在题后的横线上．A．长1 m左右的细绳；B．长30 cm左右的细绳；C ．直径2 cm 的铅球；D ．直径2 cm 的铁球；E ．秒表；F ．时钟；G ．分度值是1 cm 的直尺； H ．分度值是1 mm 的直尺； 所选器材是_．(2)实验时对摆线偏离竖直线的要求是；理由是． 解析 (1)单摆周期公式为：T ＝2πl g ，经变换得g ＝4π2lT2.因此，在实验中只要测出单摆的摆长l 和振动周期T ，就可以求出当地的重力加速度g 的值，本实验的目的是测出g 的值，而不是验证单摆的振动规律．如果在实验中选用较短的摆线，既会增大摆长的测量误差，又不易于保证偏角θ小于5°的要求．为让单摆的振动缓慢，方便计数和计时，所以应选A ．摆球应尽量选重的，所以选C ．因为单摆振动周期T 的测量误差对重力加速度g 的影响较大，所以计时工具应选精确度高一些的秒表．摆长的测量误差同样对g 的影响较大，也应选精度较高的最小刻度为毫米的直尺．故所选器材是ACEH.(2)因为当摆球振动时，球所受的回复力F ＝mg sin θ，只有当θ＜5°时，sin θ≈θ，单摆振动才是简谐运动，周期T ＝2πlg的关系式才成立． 答案 见解析2．某同学在“用单摆测定重力加速度”的实验中进行了如下的操作：(1)用游标尺上有10个小格的游标卡尺测量摆球的直径如图5甲所示，可读出摆球的直径为cm.把摆球用细线悬挂在铁架台上，测量摆线长，通过计算得到摆长l .图5(2)用秒表测量单摆的周期．当单摆摆动稳定且到达最低点时开始计时并记为n ＝1，单摆每经过最低点记一次数，当数到n ＝60时秒表的示数如图乙所示，该单摆的周期是T ＝s(结果保留三位有效数字)．(3)测量出多组周期T 、摆长l 的数值后，画出T 2－l 图线如图丙所示，此图线斜率的物理意义是( )A ．gB ．1gC ．4π2gD ．g 4π2(4)在(3)中，描点时若误将摆线长当作摆长，那么画出的直线将不通过原点，由图线斜率得到的重力加速度与原来相比，其大小( )A ．偏大B ．偏小C ．不变D ．都有可能(5)该小组的另一同学没有使用游标卡尺也测出了重力加速度，他采用的方法是：先测出一摆线较长的单摆的振周期T 1，然后把摆线缩短适当的长度Δl ，再测出其振动周期T 2用该同学测出的物理量表示重力加速度g ＝.解析 (1)摆球的直径为d ＝20 mm ＋7×110mm ＝20.7 mm ＝2.07 cm.(2)秒表的读数为t ＝60 s ＋7.4 s ＝67.4 s ，根据题意t ＝60－12T ＝592T ，所以周期T ＝2t59≈2.28 s ．(3)根据单摆的周期公式T ＝2πl g ，可得T 2l ＝4π2g ＝k (常数)，所以选项C 正确．(4)因为T 2l ＝4π2g＝k (常数)，所以ΔT 2Δl ＝4π2g＝k ，若误将摆线长当作摆长，画出的直线将不通过原点，但图线的斜率仍然满足T 21－T 22l 1－l 2＝4π2g ＝k ，所以由图线的斜率得到的重力加速度不变．(5)根据(4)的分析，ΔT 2Δl ＝4π2g ，所以g ＝4π2Δl ΔT 2＝4π2ΔlT 21－T 22. 答案 (1)2.07 (2)2.28 (3)C (4)C (5)4π2Δl T 21－T 223．有五组同学用单摆测定重力加速度，各组的实验器材和数据如下表所示，若各组同学实验操作水平相同，那么第组同学测定的结果最准确，若该组同学根据自己测得的实验数据作出单摆的振动图像如图6所示，那么该同学测出的重力加速度大小是 m/s 2.图6些的材料做的小球，记录周期时尽量多记几次，取平均值，以减小偶然误差．因此5组同学中的第5组测定的结果最准确．由表可读出，第5组同学所用摆长为l ＝0.80 m ，由题图可知，该单摆的周期T ＝1.80 s ，代入公式g ＝4π2T 2l 得：g ＝4×π2×0.801.802m/s 2≈9.74 m/s 2. 答案 5 9.74注意事项与误差分析4．在“用单摆测定重力加速度”的实验中：(1)某同学分别选用四种材料不同、直径相同的实心球做实验，各组实验的测量数据如下表．若要计算当地的重力加速度值，应选用第组实验数据.(2)画出如图7所示T 2－l 图像中的实线OM ，并算出图线的斜率为k ，则当地的重力加速度g ＝.图7(3)乙同学也进行了与甲同学同样的实验，但实验后他发现测量摆长时忘了加上摆球的半径，则该同学做出的T 2l 图像为( )A ．虚线①，不平行OMB ．虚线②，平行OMC ．虚线③，平行OMD ．虚线④，不平行OM解析 (1)为了减小空气阻力对单摆振动的影响，摆球应选择铁球，摆线长约1 m ，振动时单摆的最大摆角约5°，所以要计算当地的重力加速度值，应选用第2组实验数据．(2)根据单摆的周期公式T ＝2πl g 得T 2＝4π2l g，根据数学知识可知，T 2－l 图像的斜率k ＝4π2g ，所以当地的重力加速度g ＝4π2k. (3)测量摆长时忘了加上摆球的半径，则摆线的长度变成摆长，则有T 2＝4π2l g ＝4π2(l 线＋r )g＝4π2l 线g ＋4π2r g ，根据数学知识可知，T 2＝4π2l 线g 与实线T 2＝4π2l g图线平行，而且图线左移，故选B.答案 (1)2 (2)4π2k(3)B题组一 实验原理、器材和步骤1．用单摆测定重力加速度，根据的原理是( ) A ．由g ＝4π2lT 2看出，T 一定时，g 与l 成正比B ．由g ＝4π2lT2看出，l 一定时，g 与T 2成反比C ．由于单摆的振动周期T 和摆长l 可用实验测定，利用g ＝4π2lT 2可算出当地的重力加速度D ．同一地区单摆的周期不变，不同地区的重力加速度与周期的平方成反比 解析 g 是由所处的地理位置的情况来决定的，与l 及T 无关，故只有C 正确． 答案 C2．(多选)某学生利用单摆测定重力加速度，在以下各实验步骤中有错误．．的是( ) A ．在未悬挂之前先测定好摆长 B ．测量摆长为10 cmC ．将摆球拉离平衡位置，偏角约5°后释放，让其在竖直平面内振动D ．当摆球第一次通过平衡位置时，启动秒表开始计时，当摆球第三次通过平衡位置时，制动秒表，记下时间解析 摆长是悬点到小球球心的距离，应先拴好单摆再测摆长，且摆线以约1 m 为宜，故A 、B 错误；单摆只有在偏角小于5°时，才近似认为是简谐运动，其周期才满足公式T ＝2πlg，故C 正确；测周期时，应先测30～50次全振动的时间，再计算出平均周期，且应以小球某次经过平衡位置时开始计时，故D 错误．答案 ABD题组二 数据处理与误差分析3．某同学在做“用单摆测定重力加速度”实验中，先测得摆线长为101.00 cm ，摆球直径为2.00 cm ，然后用秒表记录了单摆全振动50次所用的时间为101.5 s ．则：(1)他测得的重力加速度g ＝ m/s 2.(2)他测得的g 值偏小，可能的原因是．(填选项前面的字母) 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，振动中出现松动，使摆线长度增加了C ．开始计时，秒表过迟按下D ．实验中误将49.5次全振动数为50次解析 (1)单摆的摆长为l ＝l 线＋d 2＝1.02 m ，单摆运动的周期为T ＝t n ＝101.550 s ＝2.03 s ，根据单摆的周期公式T ＝2πlg，代入数据解得重力加速度为g ≈9.76 m/s 2. (2)由单摆的周期公式T ＝2πl g ，解得重力加速度为g ＝4π2l T 2＝4π2n 2lt2，测得的g 值偏小，可能是n 、l 测量偏小，也可能是t 测量偏大造成的，可能的原因是B.答案 (1)9.76 (2)B4．(1)在利用单摆测重力加速度的实验中，甲组同学用游标卡尺测出小球的直径如图1甲所示．则该小球的直径为cm.图1(2)乙组同学在实验中测出多组摆长和运动的周期，根据实验数据，作出T 2 l 的关系图像如图乙所示，该同学在实验中出现的错误可能是计算摆长时(选填“漏加”或“多加”)了小球的半径．(3)虽然实验中出现了错误，但根据图像中的数据，仍可算出准确的重力加速度，其值为m/s 2(π＝3.14，结果保留三位有效数字)．解析 (1)小球的直径d ＝2 cm ＋2×0.05 mm ＝2.010 cm.(2)根据该同学作出的T 2l 的关系图像可知，当T ＝0时，摆长不等于零，这可能是计算摆长时多加了小球的半径．(3)根据单摆的周期公式T ＝2πl g ，可得T 2＝4π2gl ，所以重力加速度g 与图线的斜率k 之间的关系是g ＝4π2k，可得g ＝9.86 m/s 2.答案 (1)2.010 (2)多加 (3)9.865．将一单摆装置竖直悬挂于某一深度为h (未知)且开口向下的小筒中(单摆的下部分露于筒外)，如图2甲所示，将悬线拉离平衡位置一个小角度后由静止释放，设单摆摆动过程中悬线不会碰到筒壁，如果本实验的长度测量工具只能测量出筒的下端口到摆球球心的距离L ，并通过改变L 而测出对应的摆动周期T ，再以T 2为纵轴、L 为横轴作出函数关系图像，那么就可以通过此图像得出小筒的深度h 和当地的重力加速度g .图2(1)测量单摆的周期时，某同学在摆球某次通过最低点时，按下停表开始计时，同时数“1”，当摆球第二次通过最低点时数“2”，依此法往下数，当他数到“59”时，按表停止计时，读出这段时间t，则该单摆的周期为()A．t29B．t29.5C．t30D．t59(2)如果实验中所得到的T2L关系图像如图乙所示，那么真正的图像应该是a、b、c 中的．(3)由图像可知，小筒的深度h＝m.解析(1)58个“半周期”，这段时间t含有29个周期，该单摆的周期为t29，选项A正确．(2)由T＝2πL＋hg得，T2＝4π2g L＋4π2g h，可知T2L关系图像为a.(3)将T2＝0，L＝－30 cm代入上式可得h＝30 cm＝0.3 m答案(1)A(2)a(3)0.36．在“用单摆测定重力加速度”的实验中：图3(1)为了减小测量周期的误差，计时开始时，应选择摆球经过最(填“高”或“低”)点的位置开始计时，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3甲中停表示数为一单摆振动50次所需时间，则单摆振动周期为．(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 (1)计时开始时，应选择摆球经过最低点的位置开始计时，因为摆球经过最低点时的速度最大，误差最小．停表的读数是1.5 min ＋12.5 s ＝102.5 s ，周期T ＝tn＝2.05 s.(2)摆长指的是悬点到小球球心的距离，根据题图乙可知，单摆的摆长为l ＝0.997 m. (3)单摆的周期T ＝2πl g 可得g ＝4π2T2l . (4)如果考虑空气浮力的作用，那么摆球的等效重力加速度g ′小于g ，摆长不变的情况下，周期变长，甲同学的说法正确．答案 (1)低 2.05 s (2)0.997 (3)4π2T2l (4)A7．某同学利用单摆测定当地重力加速度，发现单摆静止时摆球重心在球心的正下方，他仍将从悬点到球心的距离当作摆长l ，通过改变摆线的长度，测得6组l 和对应的周期T ，画出l －T 2图线，然后在图线上选取A 、B 两个点，坐标如图4所示．他采用恰当的数据处理方法，则计算重力加速度的表达式应为g ＝.请你判断该同学得到的实验结果与摆球重心就在球心处的情况相比，将．(填“偏大”“偏小”或“相同”)图4解析 由周期公式T ＝2πl g ，得T 2g ＝4π2l ，结合图像得到g ＝4π2(l B －l A )T 2B －T 2A，因为这样处理数据后用到的是前后两次摆长的差值，与重心位置无关，所以测量结果不受影响．答案 4π2(l B －l A )T 2B －T 2A 相同 8．根据单摆周期公式T ＝2πlg，可以通过实验测量当地的重力加速度．如图5甲所示，将细线的上端固定在铁架台上，下端系一小钢球，就做成了单摆．(1)用游标卡尺测量小钢球直径，读数如图乙所示，读数为mm.图5(2)以下是实验过程中的一些做法，其中正确的有．a．摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一些b．摆球尽量选择质量大些、体积小些的c．为了使摆的周期大一些，以方便测量，开始时拉开摆球，使摆线相距平衡位置有较大的角度d．拉开摆球，使摆线偏离平衡位置大于5度，在释放摆球的同时开始计时，当摆球回到开始位置时停止计时，此时间间隔Δt即为单摆周期Te．拉开摆球，使摆线偏离平衡位置不大于5度，释放摆球，当摆球振动稳定后，从平衡位置开始计时，记下摆球做50次全振动所用的时间Δt，则单摆周期T＝Δt50解析(1)根据游标卡尺读数规则，游标卡尺的读数：18 mm＋0.1×6 mm＝18.6 mm；(2)摆线要选择细些可减小阻力；伸缩性小些的，保证摆长不变；并且尽可能长一些，在合适的振幅下，摆角小．所以摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一些，选项a正确；摆球尽量选择质量大些、体积小些的，可减小空气阻力的影响，选项b正确；为了使摆的周期大一些，以方便测量，可增大摆长．开始时拉开摆球，使摆线相距平衡位置有较大的角度，可能导致摆角大于5°，使误差增大，选项c错误；拉开摆球，使摆线偏离平衡位置小于5度，在摆球通过平衡位置的同时开始计时，测量单摆运动50个周期的时间t，则单摆周期T＝t50，选项d错误，e正确．答案18.6abe9．(1)在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图6甲、乙所示．测量方法正确的是(选填“甲”或“乙”)．图6(2)实验时，若摆球在垂直纸面的平面内摆动，为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数，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，如图7甲所示．光敏电阻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 变化图线如图7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(填“变大”、“不变”或“变小”)，图乙中的Δt 将(填“变大”、“不变”或“变小”)．图7解析 (2)小球摆动到最低点时，挡光使得光敏电阻阻值增大，从t 1时刻开始，再经两次挡光完成一个周期，故T ＝2t 0；摆长为摆线长加小球半径，当小球直径变大，则摆长增加，由周期公式T ＝2πlg可知，周期变大；当小球直径变大，挡光时间增加，即Δt 变大． 答案 (1)乙 (2)2t 0 变大 变大第4讲 相对论的速度变换公式 质能关系第5讲 广义相对论点滴(选学)[目标定位] 1.知道相对论速度变换公式、相对论质量和质能方程.2.了解广义相对论的基本原理.3.初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据．一、相对论的速度变换公式 质能关系 1．相对论的速度变换在以速率u 相对于参考系S 运动的参考系S ′中，一物体沿与u 相同的方向以速率v ′运动时，在参考系S 中，它的速率为v ＝u ＋v ′1＋u v ′c2.2．相对论质量和能量(1)爱因斯坦的质能关系式E ＝mc 2，m 是物体的质量，E 是它所包含的能量，c 是光在真空中的速率．(2)物体以速率v 运动时的质量m 与静止时的质量m0之间的关系：m (3)与静质量对应的能量称为静能量，为E 0＝m 0c 2. 二、广义相对论点滴(选学) 1．广义相对性原理和等效原理 (1)广义相对性原理在任何参考系中物理规律都是一样的． (2)等效原理一个不受引力作用的加速度系统跟一个受引力作用的惯性系统是等效的． 2．支持广义相对论的几个观测结果(1)光在引力场中传播时，将会发生偏折，而不再是直线传播． (2)引力作用使光波发生频移．(3)在引力场中时间也会延缓，引力越强，时钟就走得越慢．(4)水星绕太阳运动的轨道与根据牛顿万有引力定律计算所得的不一致． (5)当两个天体相互绕转时，会向外界辐射出引力波． 3．宇宙的演化(1)20世纪40年代末，物理学家伽莫夫把宇宙膨胀与粒子反应理论结合起来，提出宇宙大爆炸假说．(2)宇宙大爆炸理论最大说服力的证据是宇宙背景辐射的发现.一、对相对论速度变换公式的理解设参考系相对地面的运动速度为u ，参考系中的物体以速度v ′沿参考系运动的方向相对参考系运动，那么物体相对地面的速度v ＝u ＋v ′1＋u v ′c2.1．当物体运动方向与参考系相对地面的运动方向相反时，公式中的v ′取负值． 2．若物体运动方向与参考系运动方向不共线，此式不可用．3．由公式可知：v 一定比u ＋v ′小，但当u 和v ′都比c 小得多时，可认为v ＝u ＋v ′，这就是低速下的近似，即经典力学中的速度叠加．4．当v ′＝u ＝c 时，v ＝c ，证明了光速是速度的极限，也反证了光速不变原理． 例1 一粒子以0.05c 的速率相对实验室参考系运动．此粒子衰变时发射一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c ，电子的衰变方向与粒子运动方向相同．求电子相对于实验室参考系的速度．解析 已知v ＝0.05c ，u x ′＝0.8c . 由相对论速度叠加公式得 u x ＝u x ′＋v 1＋u x ′v c 2＝(u x ′＋v )c 2c 2＋u x ′v ，u x ＝(0.8c ＋0.05c )c 2c 2＋0.8c ×0.05c ≈0.817c .答案 0.817c二、对相对论质量和质能方程的理解 1．相对论质量物体的质量会随物体的速度增大而增大，物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间的关系m ＝m 01－(v c)2.(1)v ≪c 时，(vc )2＝0此时有m ＝m 0，也就是说：低速运动的物体，可认为其质量与物体的运动状态无关．(2)物体的运动速率无限接近光速时，其相对论质量也将无限增大，其惯性也将无限增大，其运动状态的改变也就越难，所以超光速是不可能的．2．质能关系(1)相对于一个惯性参考系，以速度v 运动的物体其具有的相对论能量 E ＝mc 2＝m 0c 21－v 2c2＝E 01－v 2c2. 其中E 0＝m 0c 2为物体相对于参考系静止时的能量． (2)在相对论下，运动物体的动能E k ＝mc 2－m 0c 2.(3)物体的能量变化ΔE 与质量变化Δm 的对应关系为ΔE ＝Δmc 2. 例2 为使电子的质量增加到静止质量的两倍，需有多大的速度( ) A ．6×108 m/s B ．3×108 m/s C ．2.6×108 m/sD ．1.5×108 m/s 解析 由相对论质速关系式m ＝m 01－⎝⎛⎭⎫v c 2可得到v ＝c1－⎝⎛⎭⎫m 0m 2＝c1－⎝⎛⎭⎫122＝32c ≈2.6×108 m/s ，故选C ．答案 C例3 1905年，爱因斯坦创立了“相对论”，提出了著名的质能方程，下面涉及对质能方程理解的几种说法中正确的是( )A ．若物体能量增大，则它的质量增大B ．若物体能量增大，则它的质量减小C ．若核反应过程质量减小，则需吸收能量D ．若核反应过程质量增大，则会放出能量解析 由E ＝mc 2可知，若E 增大，则m 增大；若E 减小，则m 减小，A 正确，B 错误；若m 减小，则E 减小，若m 增大，则E 增大，C 、D 均错误．答案 A三、对广义相对论的理解1．广义相对性原理与狭义相对性原理并不相同．狭义相对性原理仅适用于惯性系，而广义相对性原理适用于一切参考系．2．光线在引力场中弯曲以及引力红移现象都是在引力场很强的情况下产生的效应． 3．光在同一种均匀介质中沿直线传播的现象，在我们的日常生活中仍然成立． 例4 (多选)下列说法中正确的是( ) A ．物质的引力使光线弯曲B ．光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用C ．在强引力的星球附近，时间进程会变慢D ．广义相对论可以解释引力红移现象解析 由广义相对论可知：物质的引力使光线弯曲；引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别，如在矮星表面的引力很强，那里的时间进程变慢，从而导致引力红移，所以正确选项为A 、C 、D ．答案 ACD相对论速度变换公式1．一高能加速器沿相反方向射出两个质点，速度均为0.6c ，则它们的相对速度是多少？ 解析 以其中任意一个质点为运动参考系，要求的就是另一个质点在该运动参考系下的运动速度u ′.由题意知，运动参考系相对静止参考系的速度v ＝0.6c ，质点相对于静止参考系的速度u ＝－0.6c .根据相对论速度变换公式u ＝u ′＋v 1＋u ′v c 2，可知－0.6c ＝u ′＋0.6c1＋u ′0.6c c 2.可解得u ′＝－0.88c ，即该质点相对于运动参考系(另一质点)的速度大小为0.88c .。

实验:用单摆测量重力加速度课后篇巩固提升必备知识基础练1.(多选)对用单摆测量重力加速度的实验,下列说法正确的是( )A.如果有两个大小相等且都带孔的铁球和木球,应选用铁球作摆球B.单摆偏角不超过5°C.为便于改变摆长,可将摆线的一头绕在铁架台上的圆杆上以代替铁夹D.测量摆长时,应用力拉紧摆线,故A 、B 项正确。

C 项中摆动过程中悬点位置变化,导致摆长变化,不符合要求。

测摆长时,用力拉紧摆线会使形变量变大,摆长偏大,故D 项错误。

2.利用单摆测重力加速度时,若测得g 值偏大,则可能是因为( )A.单摆的摆球质量偏大B.测量摆长时,只考虑了悬线长,忽略了小球的半径C.测量周期时,把n 次全振动误认为是(n+1)次全振动D.测量周期时,把n 次全振动误认为是(n-1)次全振动T=2π√l g ,得g=4π2l T 2,而T=t n ,所以g=4π2ln 2t 2,由此可知C 项正确。

3.在用单摆测量重力加速度的实验中,有如下器材供选用,请把应选用的器材填在横线上 (填字母)。

A.1 m 长的粗绳B.1 m 长的细线C.半径为1 cm 的小木球D.半径为1 cm 的小铅球E.时钟F.停表G.分度值为1 mm 的米尺H.分度值为1 cm 的米尺I.铁架台J.附砝码的天平4.(2021福建龙海二中高三开学考试)在做用单摆测量重力加速度的实验过程中:(1)小李同学用游标卡尺测得摆球的直径如图所示,则摆球直径d= mm 。

(2)小张同学实验时不小心忘记测量小球的半径,但测量了两次悬线长和周期,第一次测得悬线长为l1,对应振动周期为T1;第二次测得悬线长为l2,对应单摆的振动周期为T2,根据以上测量数据可推导出重力加速度的表达式为。

摆球直径d=2 cm+0.05 mm×6=20.30 mm。

(2)设小球的半径为r,根据单摆的周期公式得T1=2π√l1+rg ,T2=2π√l2+rg,联立解得g=4π2(l1-l2)T12-T22。

一、实验名称：单摆法测重力加速度二、实验的目的：1、掌握游标卡尺读数原理；2、掌握电子秒表的使用方法；3．掌握单摆法测量重力加速度的方法；三、实验仪器：单摆仪、游标卡尺、螺旋测微计、米尺、秒表四、实验原理：单摆的一级近似的周期公式为:由此通过测量周期T，摆长，可求重力加速度g五、实验内容和步骤1. 用游标卡尺测量摆球的直径将摆球放到游标卡尺上，移动游标直至卡紧摆球，锁紧游标，先读出主尺读数，再读出副尺读数。

取下小球，按照上述步骤重复测量多次。

2. 用米尺测量摆线的长度将米尺的零刻度线对准摆线的一段，并且令米尺与摆线保持平行，读出结果。

取下摆线，按照上述步骤重复测量多次。

3. 用电子秒表测量单摆的周期将摆球上拉到一定高度（不超过5度）后静止放下，等到摆球上升到某个周期的最高点时开始计时，计时若干个周期后（N>=10）结束计时。

让摆球停止摆动，按照上述步骤重复测量多次。

（要减去共计0.2s的人类反应时间）六、实验数据记录与处理1、用游标卡尺测量摆球的直径d测量次数 1 2 3 4 5 6 平均值不确定度直径d（mm）20.62 20.6220.620.620.620.60 20.61 0.02摆球直径d的测量结果表示为: 20.61+-0.022、用米尺测量摆线的长度l（只测一次）： 700.0mm摆线的长度l的测量结果表示为: 700+-1mm3、单摆的摆长为：700+20.61/2=710.305mm单摆摆长的测量结果表示为：L710.30+-1.024、用电子秒表测量单摆摆动10个周期的时间t测量次数 1 2 3 4 5 6 平均值不确定度t（s）17.22 17.2317.2317.3117.1917.23 17.24 0.02单摆的周期： 1.724单摆的不确度：0.002单摆周期的测量结果表示为：T 1.724+-0.002 5、计算和不确定度955.9pi^2mm/s^2重力加速度的不确定度： 2.61重力加速度的测量结果表示为：g955.9pi^2+-2.6mm/s^2七、误差分析与讨论1、米尺测量摆线长度时要注意与摆线尽量靠近且保持平行，还要注意摆线要拉直。

第2讲实验:用单摆测定重力加速度1.(2023浙江温州模拟)利用“探究单摆摆长和周期关系”实验可以测定当地的重力加速度。

(1)如图给出了细线上端的两种不同的悬挂方式,你认为选用哪种方式较好(选填“甲”或“乙”);(2)小明同学用刻度尺测量摆线长度当作单摆的摆长,并测出多组数据,作出T2-L图像,那么小明作出的图像应为图中的,再利用图像法求出的重力加速度(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。

2.(2023全国新课标卷)一学生小组做“用单摆测量重力加速度的大小”实验。

(1)用实验室提供的螺旋测微器测量摆球直径。

首先,调节螺旋测微器,拧动微调旋钮使测微螺杆和测砧相触时,发现固定刻度的横线与可动刻度上的零刻度线未对齐,如图(a)所示,该示数为 mm;螺旋测微器在夹有摆球时示数如图(b)所示,该示数为 mm,则摆球的直径为 mm。

(2)单摆实验的装置示意图如图(c)所示,其中角度盘需要固定在杆上的确定点O处,摆线在角度盘上所指的示数为摆角的大小。

若将角度盘固定在O点上方,则摆线在角度盘上所指的示数为5°时,实际摆角(选填“大于”或“小于”)5°。

(3)某次实验所用单摆的摆线长度为81.50 cm,则摆长为 cm。

实验中观测到从摆球第1次经过最低点到第61次经过最低点的时间间隔为54.60 s,则此单摆周期为 s,该小组测得的重力加速度大小为 m/s2。

(结果均保留3位有效数字,π2取9.870)3.在“用单摆测量重力加速度”的实验中,某实验小组在测量单摆的周期时,测得摆球经过n次全振动的总时间为Δt,在测量单摆的摆长时,先用毫米刻度尺测得摆线长度为l,再用游标卡尺测量摆球的直径为D。

(1)为了减小测量周期的误差,实验时需要在适当的位置做一标记,当摆球通过该标记时开始计时,该标记应该放置在摆球摆动的。

A.最高点B.最低点C.任意位置(2)该单摆的周期为。

(3)若用l0表示摆长,T0表示周期,那么重力加速度的表达式为g=。

用单摆测重力加速度1.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glT π2=，由此得224Tl g π=，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。

2.实验步骤 (1)做单摆取约1m 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)测摆长用米尺量出摆线长0l (精确到毫米)，用游标卡尺测出小球直径D ，则单摆的摆长20D l l +=。

(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，再算出周期的平均值。

(4)改变摆长，重做几次实验。

3.数据处理 (1)公式法将测得的几次周期T 和摆长l 代入224Tlg π=中算出重力加速度g 的值，再算出g 的平均值，即为当地的重力加速度的值。

(2)图像法由单摆的周期公式gl T π2=可得224T g l π=，因此以摆长l 为纵轴，以2T 为横轴作出l -2T 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 值。

k g =24π，22TlT l k ∆∆==。

典例1：（2020·浙江·高考真题）某同学用单摆测量重力加速度， 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 ．计时的起、止位置选在摆球达到的最高点处①改变摆长，多次测量，得到周期平方与摆长的关系图象如图所示，所得结果与当地重力加速度值相符，但发现其延长线没有过原点，其原因可能是_____。

A ．测周期时多数了一个周期B ．测周期时少数了一个周期C ．测摆长时直接将摆线的长度作为摆长D ．测摆长时将摆线的长度加上摆球的直径作为摆长 【答案】①BC ①C【规范答题】①[1]．A ．单摆在摆角很小的情况下才做简谐运动，单摆的摆角不能太大，一般不能超过5°，否则单摆将不做简谐振动，故A 做法错误；B ．实验尽量选择质量大的、体积小的小球，减小空气阻力，减小实验误差，故B 做法正确；C ．为了减小实验误差，摆线应轻且不易伸长的细线，实验选择细一些的、长度适当、伸缩性小的绳子，故C 做法正确；D ．物体再平衡位置（最低点）速度最大，计时更准确，故D 做法错误。