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第28 讲 实验：用单摆测重力加速度
目录
01
考情解码·命题预警1
02 体系构建·思维可视.........................................................................................................................2
03 核心突破·靶向攻坚.........................................................................................................................3
考点 实验：用单摆测重力加速度....................................................................................................3
知识点 实验：用单摆测重力加速度.........................................................................................................3
考向1 教材原型实验..................................................................................................................................4
考向2 创新拓展实验..................................................................................................................................9
04 真题溯源·考向感知.......................................................................................................................14
考点要求
考察形式
2025 年
2024 年
2023 年
用单摆测重力加
速
选择题
非选择题
\
\
\
考情分析：
1．在四川高考物理的知识体系中，“用单摆测重力加速度” 实验作为力学实验的重要内容，在考查学生
实验操作、数据处理以及误差分析等综合能力方面发挥着关键作用。
2．从命题思路上看，试题情景为
随着教育对学生创新能力培养的重视，在该实验的命题上，会不断创设新颖的实验情境。可能会结合生活
实际（如利用摆钟的原理测量重力加速度）、科技前沿（如在微重力环境下模拟单摆运动）等情境，考查
学生从实际情境中抽象出物理模型，运用所学实验知识解决问题的能力
复习目标：
目标一：掌握单摆测重力加速度的核心原理，熟练推导周期公式，精准把握摆角小于 5°的条件要求，以
及摆长（摆线长与摆球半径之和）、周期、重力加速度之间的关系，确保对原理的理解无偏差、无盲区。
目标二：熟练记忆实验全流程操作规范，包括摆线、摆球的选材标准，摆的安装步骤，计时起点的选择方
法（摆球过平衡位置时开始计时），以及多次测量的操作要点，保证实验操作知识零遗漏。
目标三.：能精准识别系统误差（如摆长测量错误、摆角过大）和偶然误差（测量工具精度、人为计时误
差）来源，熟练分析各类误差对实验结果的影响方向及程度，并提出针对性改进措施，提升误差处理与实
验优化能力。
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2
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考点 用单摆测重力加速度
知识点 用单摆测重力加速度
一、实验原理
当摆角较小时，单摆做简谐运动，其运动周期为T＝2π√
l
g
，由此得到g＝4 π
2l
T
2 ，因此，只要测出
和 ，就可以求出当地的重力加速度g 的值。
二、实验器材
铁架台、单摆、 、毫米刻度尺、 。
三、实验过程
1.让细线的一端穿过金属小球的小孔，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，
在单摆平衡位置处做上标记，如图所示。
3.用毫米刻度尺量出摆线长度l'，用游标卡尺测出金属小球的直径，得出金属小球半径r，计算出摆长l＝
。
4.把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度（小于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，计算出单摆的振动周期T。
5.根据单摆周期公式，计算当地的重力加速度。
6.改变摆长，重做几次实验。
四、数据处理
1.公式法：利用T＝t
N 求出周期，算出三次测得的周期的平均值，然后利用公式g＝4 π
2l
T
2 求重力加速度。
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2.
图像法：根据测出的一系列摆长l 对应的周期T，作l-T2的图像，由单摆周期公式得l＝g
4 π
2T2，图像应是
一条 ，如图所示，求出图线的斜率k，即可利用g＝ 求出重力加速度。
五、注意事项
1.一般选用一米左右的细线。
2.悬线顶端不能晃动，需用夹子夹住，保证悬点固定。
3.应在小球自然下垂时用毫米刻度尺测量悬线长。
4.单摆必须在同一平面内振动，且摆角小于 。
5.选择在摆球摆到 开始计时，并数准全振动的次数。
六、误差分析
1.系统误差：本实验的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，摆动是圆锥摆还是在同一竖直平面内的摆动以及测量哪段长度作为摆长等等。
2.偶然误差：本实验的偶然误差主要来自时间（即单摆周期）的测量上。为了减小偶然误差，应进行多次
测量后取平均值。
3.图像分析：单摆周期公式为T＝2π√
l
g
，得T2＝4 π
2
g l，
若误将悬点到小球下端的距离记为摆长，则T2＝4 π
2
g (L－r)，作出的图线应当是图丁中的③。
若误将悬点到小球上端的距离记为摆长，则T2＝4 π
2
g (L+r)，作出的图线应当是图丁中的①
T2－L 图像斜率不受影响，故利用该图线求得的重力加速度等于利用图线②求得的重力加速度。
考向1 教材原型实验
例1（2025·四川眉山·高三月考）某同学在做“利用单摆测重力加速度”实验中：
(1)先测得摆线长，用游标卡尺测得摆球的直径如图甲所示，则小球的直径为 cm。
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(2)为了减小测量周期的误差，摆球应在经过最 （填“高”或“低”）点的位置时开始计时，并用秒
表测量单摆完成多次全振动所用的时间，求出周期。
(3)为了提高测量精度，需多次改变L 的值并测得相应的T 值。现测得的六组数据，标示在以L 为横坐标、
T
2为纵坐标的坐标纸上，即图乙中用“×”表示的点。（取π
2=9.8）根据图中的数据点作出T
2与L 的关系
图线如图所示，则重力加速度g= m/s
2。（结果保留三位有效数字）
(4)如果测得的g 值偏大，可能的原因是 （填正确答案标号）。
A．单摆的悬点未固定紧，振动中出现松动，使摆线增长了
B．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
【变式训练1】（2025·四川遂宁·高三月考）某实验小组用如图甲所示的装置做“用单摆测量重力加
速度”的实验。
(1)如图乙为4 种摆球设计，选哪种方式正确 ；
(2)测摆球直径时游标卡尺的读数为 mm；
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(3)若某同学根据实验中数据计算出摆长L，n 次全振动时间为t，则当地的重力加速度g= （用L，n，t
表示）。
【变式训练2】（2025·四川南充·高三月考）在“用单摆测定重力加速度”的实验中：
(1)用一个摆长为80.0 cm 的单摆做实验，要求摆动的最大角度小于5°，则开始时将摆球拉离平衡位置的距
离应不超过 cm（保留1 位小数）。（提示：单摆被拉开小角度的情况下，所求的距离约等于摆球
沿圆弧移动的路程。）
(2)为了减小测量周期的误差，计时开始时，摆球应是经过最 （填“高”或“低”）点的位置，且
用停表测量单摆完成多次全振动所用的时间，求出周期。
(3)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。
(4)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＝ 。
(5)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
【变式训练3】小明在学了单摆知识后想利用单摆来测量当地的重力加速度，他用细线悬挂一个小
球组成一个单摆，如图甲所示，其细线长度可以改变。
（1）测摆线长：用刻度尺量出悬挂状态下摆线长l。
（2）测周期：让小球在同一竖直面内做小幅度摆动，秒表在小球经过最低点时开始计时，并计数1，以后
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小球每次经过最低点都计数一次，到小球第N次经过最低点时，计时结束，读出秒表读数为t，则该单摆周
期T = 。
（3）改变摆线长，重复步骤（1）（2）。
（4）数据处理：以周期T
2为纵坐标，摆线长l为横坐标，作出T
2−l图像如图乙所示。已知图像纵截距为b
，斜率为k，则可求得当地重力加速度大小为 ，还可附带求出小球半径为 。（结果均用
b、k 、π表示）
（5）误差分析：小红看了小明的方案后，认为该单摆摆长并不等于摆线长l，摆长还应加上小球半径。小
明细想后认为仍然以摆线长l为横坐标会导致当地重力加速度的测量值 （选填“大于”“小于”或
“等于”）真实值。
考向2 创新拓展实验
例1（2025·四川成都·三模）为了测量当地的重力加速度，某学校科技兴趣小组利用激光切割机切割出如
图甲所示半径为R 的两块完全相同的金属工件，然后将两块金属板正对平行固定，在两板之间形成距离为
d 的较为光滑的圆槽轨道。现将直径为D 的小球放入轨道，使之做简谐运动，等效为单摆运动。
(1)实验前用螺旋测微器测量小球的直径D，如图丙所示，则小球的直径D = mm。
(2)更换大小相同，质量更大的小球进行实验，小球的运动周期将 （填“变大”“变小”“不变”）
(3)图乙为小球在圆槽轨道最低点时的示意图，该单摆的等效摆长L= 。（用R，D，d 表示）
(4)若等效摆长L 为12cm，π
2取值为9.8，从小球运动到最低点开始计时，并记为第1 次，第101 次经过最
低点时用时35s，则计算重力加速度g 为 m/s
2。（结果保留3 位有效数字）
【变式训练1】（2025·四川南充·高三月考）某同学用图示装置测量当地重力加速度g：
(1)用游标尺上有10 个小格的游标卡尺测量摆球的直径，结果如图甲所示，可读出摆球的直径d＝
cm；
(2)实验时，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
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的最低点的左、右两侧分别放置激光光源与光敏电阻，如图乙所示，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 的变化图线如图丙所示，则该单摆的周期为 ；
(3)用刻度尺测量出绳长L，则当地重力加速度g＝ （结果用题中字母表示）；
(4)若把该装置放到正在匀加速下降的电梯中，用完全相同的操作重新完成实验，图像中t0将 （选
填“变大”“不变”或“变小”）。
【变式训练2】为了测量当地的重力加速度，某同学设计了如图甲所示的双线摆，两轻质细线的上
端系在固定的水平横杆上，下端系在小球上的同一点，静止时测得两细线长均为l，用量角器测得两细线
之间的夹角为θ。
(1)用螺旋测微器测出小球的直径，示数如图乙所示，则小球直径d= mm；双线摆摆动时的等效摆
长L= （用l、θ、d 表示）。
(2)将双线摆拉开一个小角度，让摆球在竖直面内摆动，从小球经过最低点时开始计时并体记为“0”，测得
小球第n 次经过最低点时计时器记录的总时间为t，则小球摆动的周期T= 。
(3)多次改变两细线在A、B 上两悬点间的距离，从而改变两细线间的夹角θ，重复实验，从而测得多组T
和θ，作T2- （选填“sinθ”“sin θ
2”“cosθ”或“cos θ
2”）图像，得到图像的斜率为k，则测得当地的
重力加速度为g= （用π、l、k 表示）。
【变式训练3】（2025·四川达州·高三月考）小明欲利用一固定光滑圆弧面测定重力加速度，圆弧面
如图甲所示，图中虚线为圆弧面最低处，圆弧面半径为R，该同学取一光滑小铁球进行实验。
(1)小明用游标卡尺测量小铁球的直径时，发现游标尺上的零刻度线处被遮挡，如图乙所示，他根据游标卡
尺的测量原理和读数规则还是正确读出了小球的直径，则小铁球的直径d = mm。
(2)若小明测得小铁球振动的周期为T，则测得的重力加速度表达式为g= （用题干中物理量T、R、d
表示）
(3)同组的小军同学更换半径不同的金属球进行实验，根据实验记录的数据，绘制的T
2−d
2 图像如图丙所
示，图中图像的横、纵截距均已标出，则当地的重力加速度g= 。
【变式训练4】某同学欲测量当地的重力加速度，利用的实验器材有：带有滑槽的水平导轨，足够
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长的一端带有滑轮的木板，不可伸长的细线，重物，沙漏（装有沙子），立架，加速度传感器，刻度尺．
具体操作如下：
①按图甲所示安装好实验器材，并测量摆线的长度L（沙漏的大小可忽略）；
②将沙漏拉离平衡位置（摆角较小）由静止释放，使沙漏在竖直面内振动；
③沙漏振动稳定后，由静止释放重物，使木板沿滑槽运动，记下加速度传感器的示数a0，漏出的沙子在木
板上形成的曲线如图乙所示（忽略沙子落在木板上后木板的质量变化）；
④缓慢移出木板，测量曲线上相邻三点A、B、C之间的间距x AB、xBC，并计算出Δ x = xBC−x AB；
⑤改变立架的高度及摆线的长度，重复②③④的操作。
回答下列问题：
(1)对该实验，下列说法正确的是______（填字母）
A．随着沙漏中沙子的流出，Δ x将减小
B．其他条件不变，若仅增大重物的质量，Δ x将增大
C．其他条件不变，若仅增大摆线的长度，Δ x将增大
(2)沙漏振动稳定后的周期T = （用Δ x、a0表示）．
(3)该同学依据测出的L和Δ x，作出的L−Δ x图像如图丙所示，若测得该图像的斜率为k，则计算重力加速
度的表达式为g= （用题中字母表示）。
1.（2025·海南·高考真题）小组用如图所示单摆测量当地重力加速度
(1)用游标卡尺测得小球直径d =20 mm，刻度尺测得摆线长l =79cm，则单摆摆长L= cm（保留四位有
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效数字）；
(2)拉动小球，使摆线伸直且与竖直方向的夹角为θ（θ<5°），无初速度的释放小球，小球经过 点
（选填：“最高”或“最低”）时，开始计时，记录小球做了30次全振动用时t =54.00s，则单摆周期T =
s，由此可得当地重力加速度g= m/s
2（π
2≈10）。
2.（2024·辽宁·高考真题）图（a）为一套半圆拱形七色彩虹积木示意图，不同颜色的积木直径不
同。某同学通过实验探究这套积木小幅摆动时周期T 与外径D 之间的关系。
(1)用刻度尺测量不同颜色积木的外径D，其中对蓝色积木的某次测量如图（b）所示，从图中读出D =
cm。
(2)将一块积木静置于硬质水平桌面上，设置积木左端平衡位置的参考点O，将积木的右端按下后释放，如
图（c）所示。当积木左端某次与O 点等高时记为第0 次并开始计时，第20 次时停止计时，这一过程中积
木摆动了 个周期。
(3)换用其他积木重复上述操作，测得多组数据。为了探究T 与D 之间的函数关系，可用它们的自然对数作
为横、纵坐标绘制图像进行研究，数据如下表所示：
颜色
红
橙
黄
绿
青
蓝
紫
ln D
2.9392
2.7881
2.5953
2.4849
2.197
⋯
1.792
lnT
−0.45
−0.53
−0.56
−0.65
−0.78
−0.92
−1.02
根据表中数据绘制出lnT −ln D图像如图（d）所示，则T 与D 的近似关系为______。
A．T ∝√D
B．T ∝D
2
C．T ∝
1
√D
D．T ∝1
D
2
(4)请写出一条提高该实验精度的改进措施： 。
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3.（2023·河北·高考真题）某实验小组利用图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。
（1）关于本实验，下列说法正确的是 。（多选）
A．小钢球摆动平面应与光电门U形平面垂直 B．应在小钢球自然下垂时测量摆线长度
C．小钢球可以换成较轻的橡胶球 D．应无初速度、小摆角释放小钢球
（2）组装好装置，用毫米刻度尺测量摆线长度L，用螺旋测微器测量小钢球直径d。螺旋测微器示数如
图，小钢球直径d = mm，记摆长l = L+ d
2 。
（3）多次改变摆线长度，在小摆角下测得不同摆长l对应的小钢球摆动周期T，并作出l−T
2图像，如图。
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根据图线斜率可计算重力加速度g= m/s
2（保留3 位有效数字，π
2取9.87）。
（4）若将摆线长度误认为摆长，仍用上述图像法处理数据，得到的重力加速度值将 （填
“偏大”“偏小”或“不变”）。
4.（2023·重庆·高考真题）某实验小组用单摆测量重力加速度。所用实验器材有摆球、长度可调的
轻质摆线、刻度尺、50 分度的游标卡尺、摄像装置等。
（1）用游标卡尺测量摆球直径d。当量爪并拢时，游标尺和主尺的零刻度线对齐。放置摆球后游标卡尺示
数如图甲所示，则摆球的直径d 为 mm。
（2）用摆线和摆球组成单摆，如图乙所示。当摆线长度l＝990.1mm 时，记录并分析单摆的振动视频，得
到单摆的振动周期T＝2.00 s，由此算得重力加速度g 为 m/s2（保留3 位有效数字）。
（3）改变摆线长度l，记录并分析单摆的振动视频，得到相应的振动周期。他们发现，分别用l 和l+ d
2 作
为摆长，这两种计算方法得到的重力加速度数值的差异大小Δg 随摆线长度l 的变化曲线如图所示。由图可
知，该实验中，随着摆线长度l 的增加，Δg 的变化特点是 ，原因是 。
5.（2023·新课标卷·高考真题）一学生小组做“用单摆测量重力加速度的大小”实验。
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（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
5°（填“大于”或“小于”）。
（3）某次实验所用单摆的摆线长度为81.50cm，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54.60s，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）
6．（2022·上海·高考真题）在“用单摆测定当地的重力加速度”的实验中：
（1）摆线质量和摆球质量分别为m 线和m 球，摆线长为l，摆球直径为d，则 ；
A．m 线>>m 球，l<<d B．m 线>>m 球，l>>d
C．m 线<<m 球，l<<d D．m 线<<m 球，l>>d
（2）小明在测量后作出的T2-l 图线如图所示，则他测得的结果是g= m/s2。（保留2 位小数）
（3）为了减小误差，应从最高点还是最低点开始计时，请简述理由 。
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