20202021年高三物理考点专项突破测量重力加速度pdf含解析

2020-2021年高三物理考点专项突破：测量重力加速度1.（2019年全国Ⅲ）甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1s拍1幅照片。（1）若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是__________。（填正确答案标号）A．米尺B．秒表C．光电门D．天平（2）简述你选择的器材在本实验中的使用方法。答：____________________________________________________________。（3）实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5cm、ac=58.7cm，则该地的重力加速度大小为g=__________m/s2。（保留2位有效数字）【答案】：（1）A（2）将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺（3）9.7【解析】：（1）实验需要获取小球下落位移数据，故A正确；（2）用米尺测量照片之间小球的位移，所以要使小球下落时靠近米尺；（3）根据匀变速直线运动的规律可得：2ygtt=0.1s代入数据解得g=9.7m/s22.（2018年全国Ⅲ）甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间。实验步骤如下：（1）甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺自然下垂。乙把手放在尺的下端（位置恰好处于L刻度处，但未碰到尺），准备用手指夹住下落的尺。学科@网（2）甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子。若夹住尺子的位置刻度为L1，重力加速度大小为g，则乙的反应时间为________（用L、L1和g表示）。（3）已知当地的重力加速度大小为g=9.80m/s2，L=30.0cm，L1=10.4cm，乙的反应时间为__________s。（结果保留2位有效数字）（4）写出一条提高测量结果准确程度的建议：___________。【答案】：(1).(2).0.20(3).多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子【解析】：根据题述，在乙的反应时间t内，尺子下落高度h=L-L1，由自由落体运动规律，h=gt2，解得t=。代入数据得：t=0.20s，另外根据实验误差分析，尽量减小偶然误差。3．(2018·潍坊二模)某兴趣小组利用如图所示的装置测量重力加速度g，B为光电门。实验过程如下：a．测出小球的直径d；b．将光电门水平固定，用刻度尺测出小球在A处时球心到光电门的距离x；c．把小球从A处由静止释放，经过光电门B时光电计时器可记录小球通过光电门的遮光时间t；d．保持小球释放位置A不变，改变光电门的位置，测得不同x对应的遮光时间t；e．以x为横坐标，以1t2为纵坐标建立坐标系，利用测得的数据作图，得到一条过原点的倾斜直线。请回答下列问题：(1)小球通过光电门的速度v＝_______。(2)实验中测得图像的斜率为k，则重力加速度g＝________________。(3)实验室提供下列小球，选________进行实验最合适。A．塑料球B．玻璃球C．小钢球【答案】：(1)dt(2)kd22(3)C【解析】：(1)根据光电门测速度原理可知，小球通过光电门的速度v＝dt。(2)根据运动学规律可得：22()dgxt，即1t2＝2gd2x，则2gd2＝k，即g＝kd22。(3)实验中应选择质量较大体积较小的小钢球，这样可减小相对阻力大小，故选择C正确。4．(2018·福建四校二次联考)装有拉力传感器的轻绳，一端固定在光滑水平转轴O，另一端系一小球，空气阻力可以忽略。设法使小球在竖直平面内做圆周运动(如图甲)，通过拉力传感器读出小球在最高点时绳上的拉力大小为F1，在最低点时绳上的拉力大小为F2。某兴趣小组的同学用该装置测量当地的重力加速度。(1)小明同学认为，实验中必须测出小球的直径，于是他用螺旋测微器测出了小球的直径，如图乙所示，则小球的直径d＝________mm。(2)小军同学认为不需要测小球的直径。他借助最高点和最低点的拉力F1、F2，再结合机械能守恒定律即可求得。小军同学还需要测量的物理量有________(填字母代号)。A．小球的质量mB．轻绳的长度lC．小球运动一周所需要的时间T(3)根据小军同学的思路，请你写出重力加速度g的表达式______________________。【答案】：(1)5.695(5.693～5.697均可)(2)A(3)g＝F2－F16m【解析】：(1)根据螺旋测微器的读数原理可得，固定刻度读数为5.5mm，可动刻度读数为0.01×19.5mm＝0.195mm，所以最终读数为：固定刻度读数＋可动刻度读数＝5.5mm＋0.195mm＝5.695mm。(2)(3)由牛顿第二定律，在最高点受力分析有：F1＋mg＝mv12r，而在最低点受力分析有：F2－mg＝mv22r；再依据机械能守恒定律12mv22＝12mv12＋2mgr，联立解得g＝F2－F16m，因此已知最高点和最低点的拉力F1、F2，小军同学只需要测量小球的质量m，故第(2)题选A，第(3)题重力加速度g的表达式为g＝F2－F16m。5.(2019·天津滨海新区三模)某同学利用如图甲所示的实验装置测量重力加速度。(1)请指出该同学在实验操作中存在的明显错误或不当(指出一处即可)：________________。(2)该同学经正确操作得到如图乙所示的纸带，取连续的六个打点A、B、C、D、E、F为计数点，测得点A到B、C、D、E、F的距离分别为h1、h2、h3、h4、h5。若打点的周期为T，则打E点时重物速度的表达式为vE＝________；若分别计算出各计数点对应的速度数值，并在坐标系中画出速度的二次方(v2)与距离(h)的关系图线，如图丙所示，则重力加速度g＝________m/s2。【答案】：(1)打点计时器用了直流电或释放重物前重物未靠近打点计时器(2)h5－h32T9.4【解析】：(1)根据打点计时器工作原理，打点计时器应接交流电源，重物释放时应紧靠打点计时器。(2)根据运动学规律有：vE＝xDFtDF＝h5－h32T，v2＝2gh，速度的二次方(v2)与距离(h)的关系图线的斜率为18.8，故g＝9.4m/s2。6．(2019·聊城一模)某组同学用图甲所示装置测量重力加速度，铁架台上固定着光电门，让直径为d的小球从一定高度处由静止开始自由下落，小球球心正好通过光电门。光电门可记录小球通过光电门的时间。(1)用游标卡尺测量小球直径时，卡尺的刻度如图乙所示，则小球的直径为________cm。(2)某次实验中小球的下边缘与光电门间的距离为h，小球通过光电门的时间为Δt，若小球通过光电门的速度可表示为dΔt，重力加速度可表示为g＝________(用字母表示)。(3)严格来说dΔt并不等于小球球心经过光电门时的速度，由此计算出的速度比真实值________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。【答案】：(1)2.540(2)d22h＋dΔt2(3)偏小【解析】：(1)根据游标卡尺读数原理，则可知小球的直径为：d＝2.5cm＋8×0.005cm＝2.540cm。(2)由运动学公式可得：22()dght代入已知量，解得g＝d22h＋dΔt2。(3)根据光电门原理可知，dΔt为小球通过光电门的平均速度，是通过光电门时间中点的瞬时速度，而小球球心通过光电门的速度为位移中点的瞬时速度，由位移中点的瞬时速度大于时间中点的瞬时速度知速度比真实值偏小。7．(2019·贵州安顺联考)用如图甲所示的装置，探究物体的加速度与力、质量的关系，图中小车的质量用M表示，钩码的质量用m表示。要顺利完成该实验，在操作中：(1)平衡摩擦力的目的是：____________________。(2)使M远大于m的目的是：____________________。(3)某次打出的某一条纸带，A、B、C、D、E为相邻的5个计数点，如图乙，相邻计数点间还有四个点未标出，所用交流电频率为50赫兹。利用图中给出的数据可求出小车的加速度a＝________m/s2。(结果保留两位有效数字)【答案】：(1)使小车所受的合外力等于绳的拉力(2)使绳的拉力近似等于钩码的重力(3)1.0【解析】：(1)实验中平衡摩擦力的目的是：使小车所受的合外力等于绳的拉力。(2)对钩码受力分析有：mg－FT＝ma；对小车受力分析有：FT＝Ma；联立以上两式可得：FT＝MM＋mmg;要绳子的拉力等于钩码的重力，即：MM＋m＝1，则有：M≫m；则使M远大于m的目的是：使绳的拉力近似等于钩码的重力。(3)因T＝0.1s，由Δx＝aT2得：a＝ΔxT2＝21.60－8.79－8.79×10－24×0.12m/s2＝1.0m/s2。8．(2019·长沙模拟)重力加速度是重要的物理常数，可以设计多种测量重力加速度的方法、物理兴趣小组同学设计出了一种测量方案：如图所示，两个质量已知(A物块的质量mA、B物块的质量mB)且质量不同的小物块A和B，分别系在一条跨过光滑的定滑轮(质量不计)的轻软绳两端，而定滑轮通过一弹簧测力计竖直悬挂着，若选定物块A由静止开始下落进行研究。(1)要测出重力加速度，还需要测出的物理量是________(选填“物块A下落的距离h”“弹簧测力计的质量m”或“测力计的示数F”)。(2)由已知的物理量和测出的物理量得到重力加速度的表达式g＝________(用已知的物理量和测出的物理量符号表示)。【答案】：(1)测力计的示数F(2)FmA＋mB4mAmB【解析】：（1）根据表达式可知要想测量重力加速度，必须知道测力计的示数F。（2）由牛顿第二定律得对A：mAg－F2＝mAa，对B：F2－mBg＝mBa，联立解得：g＝FmA＋mB4mAmB。9.(2019届高三·贵阳模拟)某同学用如图甲所示装置测量重力加速度g，所用交流电频率为50Hz，在所选纸带上取某点为0号计数点，然后每3个点取一个计数点，所测量数据及其标记符号如图乙所示。该同学用两种方法处理数据(T为相邻两计数点的时间间隔)：方法A：由g1＝x2－x1T2，g2＝x3－x2T2，…，g5＝x6－x5T2取平均值g＝8.667m/s2；方法B：由g1＝x4－x13T2，g2＝x5－x23T2，g3＝x6－x33T2取平均值g＝8.673m/s2。从数据处理方法看，选择方法________(选填“A”或“B”)更合理，方法A中对实验结果起作用的数据有__________(选填x1、x2、x3、x4、x5、x6)；本实验误差的主要来源有_______________________(写出两条)。【答案】：Bx1、x6空气阻力，振针的阻力，限位孔的阻力，复写纸的阻力，交流电频率波动，长度测量，数据处理方法等【解析】：对于A而言则有，g＝g1＋g2＋g3＋g4＋g55＝x6－x15T2，只有x1、x6起作用；对于方法B则有：g＝g1＋g2＋g33＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x39T2，因此六组数据都起作用，故方法B数据应用充分，更合理一些，这样可以减少实验的偶然误差，实验误差的主要来源有：空气阻力，振针的阻力，限位孔的阻力，复写纸的阻力，交流电频率波动，长度测量，数据处理方法等。10．(2018·淄博二模)某同学用如图甲所示实验装置来测量重力加速度。在水平放置的气垫导轨上有一带有方盒的滑块，质量为M，气垫导轨右端固定一定滑轮，细线绕过滑轮，一端与滑块相连，另一端挂有8个钩码，每个钩码的质量为m。(1)用游标卡尺测出滑块上的挡光片的宽度如图乙所示，则宽度d＝________cm。(2)某同学打开气源，将滑块由静止释放，滑块上的挡光片通过光电门的时间为t，则滑块通过光电门的速度为________(用题中所给字母表示)。(3)每次实验时将所挂钩码中的1个移放到滑块上的方盒中且从同一位置释放滑块，测得挡光片距光电门的距离为L。若所挂钩码的个数为n，挡光片通过光电门的时间为t，通过多次实验测得的数据绘出如图丙所示的n­1t2图线，已知图线斜率为k，则当地的