- 用单摆测定重力加速度
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在用单摆测重力加速度的实验中:
(1)应注意,实验时必须控制摆角在5°或10°内,并且要让单摆在______内摆动.
(2)测量单摆周期时,等单摆自由振动几次之后,从摆球经过平衡位置时开始计时,因为这时摆球的速度______,可以减少误差.
(3)某同学测出不同摆长时对应的周期T,作出L-T2图线,如图所示,再利用图线上任意两点A、B的坐标(x1,y1)、(x2,y2),可求得g=______.(4)若该同学测摆长时漏加了小球半径,而其他测量、计算均无误,也不考虑实验误差,则以上方法得的g值和真实值相比______.(“偏大”“偏小”或“不变”)
正确答案
同一竖直面
最大
4π2
不变
解析
解:(1)单摆模型是一种理想化的模型,只有在摆动角度小于5°(或10°)的范围内,其运动才近似为简谐运动,同时要注意不能做圆锥摆运动
故答案为:5°或10°,同一竖直平面.
(2)测量周期要尽量减小偶然误差,应该从摆球经过最低位置时开始计时,因为这时摆球的速度最大可以减少误差
故答案为:最低,最大.
(3)由周期公式T=2π,可得:L=
T2,代入数据可得:g=4π2
;
(4)通过第(3)问的结论可以知道,漏加了小球半径后(y2-y1)不变,故不影响最后结果
故答案为:(1)同一竖直面;(2)最大;(3)4π2;(4)不变.
(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=______;用游标卡尺测得摆球的直径如图甲所示,则摆球的直径为______;让刻度尺的零点对准摆线的悬点,摆线竖直下垂,如图乙所示,那么单摆摆长是______.
(2)在测定单摆摆长时,下列的各项操作正确的是______
A.装好单摆,抓住摆球,用力拉紧,测出摆线的悬点到摆球球心之间的距离
B.让单摆自由下垂,测出摆线长度再加上摆球直径
C.取下摆线,测出摆线长度后再加上摆球半径
D.测出小球直径,把单摆固定后,让小球自然下垂,用刻度尺量出摆线的长度,再加上小球的半径
(3)实验中,测得重力加速度的值较当地重力加速度的值偏大,可能的原因是______
A.摆球的质量偏大
B.单摆振动的振幅偏小
C.计算摆长时没有加上摆球的半径值
D.将实际振动次数n次误记成(n+1)次.
正确答案
13.5mm
87.525cm
D
D
解析
解:(1)根据单摆周期公式,得到
;
主尺读数为:13mm,副尺读数为:5×0.1=0.5mm,故摆球的直径为13mm+0.5mm=13.5mm.
单摆摆长=摆球半径+摆线长度,故摆长l=88.20-=87.525cm;
(2)在测定单摆摆长时,摆长应该是小球的半径单摆自然下垂时的绳长,故测量的正确方法是:测出小球直径,之后把单摆固定后,让小球自然下垂,用刻度尺量出摆线的长度,再加上小球的半径得到单摆摆长.故D正确,ABC错误.
故选:D.
(3)由单摆周期公式解得
,由此可知:
A、g值与摆球质量无关,故A错误.
B、单摆的振幅偏小,不会影响g值的测量,故B错误.
C、计算摆长时没有加上摆球的半径值,导致摆长偏小,g值偏小,故C错误.
D、将实际振动次数n次误记成(n+1)次,导致周期偏小,g值偏大,故D正确.
故选:D.
故答案为:(1),13.5mm,87.525cm;(2)D;(3)D.
某同学在做“利用单摆测重力加速度“实验:
(1)测单摆周期时,应该从摆球经过______(填“最低点”或“最高点”)时开始计时.
(2)如果实验测得的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.
C.开始计时时,秒表过迟按下.
D.实验中误将49次全振动数为50次
(3)某同学为了提高实验精度,在实验中改变几次摆长l,并测出相应的周期T,算出T2的值,再以l为横轴、T2为纵轴建立直角坐标系,将所得数据描点连线如图,并求得该直线的斜率为K.则重力加速度g=______.(用K表示)
正确答案
解析
解:(1)摆球在最高点的时候速度比较小,在最低点的时候速度比较大,所以当小球经过最低点的时候开始计时误差比较小.
(2)根据单摆的周期公式T=2π得,g=
.
A、测摆线长时摆线拉得过紧,使得摆长的测量值偏大,则测得的重力加速度偏大.故A错误.
B、摆动后出现松动,知摆长的测量值偏小,则测得的重力加速度偏小.故B正确.
C、开始计时时,秒表过迟按下,测得周期偏小,则测得的重力加速度偏大.故C错误.
D、实验中将49次全振动数成50次全振动,测得周期偏小,则测得的重力加速度偏大.故D错误.
故选:B
(3)根据斜率的意义:k=,所以g=
=
;
故答案为:(1)最低点;(2)B;(3).
单摆测定重力加速度的实验中
(1)实验时用20分度的游标卡尺测量摆球直径,示数如图甲所示,该摆球的直径d=______mm.
(2)接着测量了摆线的长度为L,实验时用拉力传感器测得摆线的拉力F随时间t变化的图象如图乙所示,则重力加速度的表达式g=______(用题目中物理量的字母表示).
(3)某小组改变摆线长度L,测量了多组数据.在进行数据处理时,甲同学把摆线长L作为摆长,直接利用公式求出各组重力加速度值再求出平均值;乙同学作出T2-L图象后,如图丙所示,再利用图线上任意两点A、B的坐标(x1,y1)、(x2,y2),然后算出重力加速度g=4两同学分别处理数据得到的结果和真实值相比较:甲______,乙______(填“偏大”、“偏小”或“无影响”).
正确答案
14.15
偏小
无影响
解析
解:(1)由图甲所示游标卡尺可知,游标尺是20分度的,游标尺的精度是0.05mm,
游标尺主尺示数是14mm,游标尺示数是3×0.05mm=0.15mm,
游标卡尺示数,即摆球的直径d=14mm+0.15mm=14.55mm.
(2)单摆摆长等于摆线长度与摆球半径之和,则单摆摆长为l=L+,
由图乙所示图象可知,单摆的周期T=5t0-t0=4t0,由单摆周期公式T=2π可知,
重力加速度g==
=
.
(3)由单摆周期公式T=2π可知,重力加速度g=
,摆长应该是摆线长度与摆球半径之和,
甲同学把摆线长L作为摆长,摆长小于实际摆长,由g=可知,重力加速度的测量值小于真实值;
由T=2π可知,L=
T2=kT2,其中k=
,由此可见,L与T2成正比,k是比例常数;
由图丙可知,L与T2成正比,是图象的斜率k,所以k=
=
,g=4π2
,
由于单摆摆长偏大还是偏小不影响图象的斜率k=,因此摆长偏小不影响重力加速度的测量值.
故答案为:(1)14.15;(2);(3)偏小;无影响.
某同学在“用单摆测定重力加速度”的实验中进行了如下的实践和探究:
①用游标卡尺测量摆球直径的情况如图1所示,则摆球直径为______cm.把摆球用细线悬挂在铁架台上,测量摆长L.
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0,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2所示,则该单摆的周期是T=______s(结果保留三位有效数字).
③测量出多组周期T、摆长L数值后,画出T2-L图象如图3,则此图线的斜率的物理意义是______
A.g B. C.
D.
④测量结果与真实的重力加速度值比较,发现测量结果偏大,分析原因可能有______
A.振幅偏小
B.在未悬挂单摆之前先测定号摆长
C.将摆线长当成了摆长
D.将摆线长和球的直径之和当成了摆长
⑤设计其它的测量重力加速度的方案.现提供如下的器材:
A.弹簧测力计 B.打点计时器、复定纸和纸带 C.低压交流电源(频率为50Hz)和导线
D.铁架台 E.重物 F.天平 G.刻度尺
请你选择适合的实验器材,写出需要测量的物理量,并用测量的物理量写出重力加速度的表达式.(只要求写出一种方案)
正确答案
解析
解:①游标卡尺的主尺读数为20mm,游标读数为0.1×6mm=0.6mm,则最终读数为20.6mm=2.06cm.
②秒表的读数为60s+7.4s=67.4s,则周期T=,
③根据T=,
,可知图线的斜率k=
,故选;C.
④A、振幅偏小,不影响重力加速度的测量,故A错误.
B、在未悬挂单摆之前先测定号摆长,则摆长的测量值偏小,根据g=知,重力加速度的测量值偏小,故B错误.
C、将摆线长当成了摆长,则摆长的测量值偏小,根据g=知,重力加速度的测量值偏小,故C错误.
D.将摆线长和球的直径之和当成了摆长,则摆长的测量值偏大,根据g=知,重力加速度的测量值偏大,故D正确.
故选:D.
⑤方案一:AFE,重物的重力G、重物的质量m,.
方案二:BCDEG,连续相等时间内的位移之差△x,.
故答案为:①2.06 cm ②2.5③C ④D
⑤方案一:AFE,重物的重力G、重物的质量m,.
方案二:BCDEG,连续相等时间内的位移之差△x,.
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