- 单摆
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用单摆测定重力加速度实验中:
(1)为了减小实验误差,当一游标卡尺的主尺最小分度为1毫米,游标上有10个小等分间隔,现用此卡尺来测量工件的直径,如图1所示.该工件的直径为______mm.
(2)如表是用单摆测重力加速度实验中获得的有关数据.
(a)利用上面的数据,在坐标图中(图2)作出L-T2图象.
(b)根据图象可知,当地的重力加速度g=______m/s2.(结果保留三位有效数字)
正确答案
解析
解:
(1)游标卡尺的主尺最小分度为1毫米,游标上有10个小等分间隔,故其精确度为0.1mm,主尺读数为:29mm,游标尺第8个刻度与主尺对其,游标尺读数为:
8×0.1mm=0.8mm,故该工件的直径为:29mm+0.8mm=29.8mm.
(2)(a)通过描点法作出图象为:
(b)由单摆的周期公式得:
,
所以图中的图线斜率表示为:.
g=4π2k=.
故答案为:(1)29.8;
(2)(a)如图所示;
(b)9.86.
在“用单摆测定重力加速度”的实验中,最大摆角小于5°,测量周期时从振动最低点开始计时,且记数为1,到第n次经过最低点,所用的时间为t,在测量摆长时,先用毫米刻度尺测得悬挂后的摆线长(从悬点到摆球的最上端)为L,再用游标卡尺测得摆球的直径为d.
(1)用上述物理量的符号写出周期表达式T=______ 以及重力加速度的一般表达式g=______.
(2)实验结束后,发现测得的重力加速度值总是偏小,原因可能是______.
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次摆动误记为(n+1)次
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
(3)实验中秒表某次测量时间如图所示,则秒表的读数为______s.
(4)在实验中可改变几次摆长L,并测出相应的周期T,再以L为横坐标、T2为纵坐标描点成线,并求得该直线的斜率k.则重力加速度g=______.(用k表示)
若所得直线的延长线没过坐标原点,而是与纵轴的正半轴相交于一点,则实验中可能存在的失误是______,此项失误,对于利用图象求得的重力加速度的值______ (偏大,偏小,无影响)
正确答案
解析
解:(1)单摆的摆长l=L+,单摆周期T=
,
由单摆周期公式T=2π,
可得:;
(2)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,测得的单摆周期变大,根据g=可知,测得的g应偏小.故A错误;
B、实验中误将n次全振动计为n+1次,根据T=求出的周期变小,g偏大.故B正确;
C、以摆线长作为摆长来计算,摆长偏小,根据g=可知,L偏小,测得的g应偏小.故C错误;
D、以摆线长与摆球的直径之和作为摆长来计算,摆长偏大,根据g=可知,测得的g应偏大.故D正确.
故选:BD;
(3)由图示秒表可知,秒表示数为1min+19.7s=79.7s;
(4)根据重力加速度的表达式g=可知,T2-l图线斜率:
,则g=
;若根据所得数据连成的直线的延长线没过坐标原点,而是与纵轴的正半轴相交于一点,则实验过程中可能存在的失误是摆长漏加小球半径,从g的表达式可知:g与摆长无关,所以因此失误对由图象求得的重力加速度的g的值无影响.
故答案为:(1),
;(2)AC;(3)79.7;(4)
,摆长漏加小球半径,无影响.
在“用单摆测定重力加速度”实验时,备有下列器材:
(A)20cm长细线;(B)100cm长细线;(C)有孔塑料小球;(D)有孔实心小钢球;(E)电子手表;(F)0.1s刻度的秒表;(G)毫米刻度尺;(H)游标卡尺;(L)天平.
(1)实验中应选用的器材为:______(填序号);
(2)实验中需要测量的物理量是______、______、______;
(3)摆角要小于5°,并且摆球应在______摆动;
(4)测量单摆周期时,应让单摆自由振动几次后,从摆球经过______位置时开始计时.
正确答案
解析
解:(1)用单摆测重力加速度,需要测出单摆的摆长与单摆周期,
单摆摆长等于摆线的长度与摆球半径之和,20cm的细线长度太短,单摆的周期小,测量的误差比较大.为减小实验误差,摆线应选:B,
为减小空气阻力的影响,应选体积小而质量大,即密度大的球作为摆球,则摆球应选:D;
测单摆周期时为减小实验误差需要选择0.1s刻度的秒表,即:F,用毫米刻度尺测出摆线的长度,用游标卡尺测出摆球的直径,
因此需要的实验器材有:B、D、F、G、H;
(2)由T=2π可知,g=
,实验需要测量单摆摆长L、单摆周期T,为减小实验误差,测周期时一般需要测出单摆完成n次全振动需要的时间t,然后求出周期T=
,则实验需要测量的量为:摆长、振动次数、振动时间;
(3)要保证单摆做简谐运动,摆角要小于5°,并且摆球应在同一竖直面内摆动;
(4)为减小实验误差,测量单摆周期时,应让单摆自由振动几次后,从摆球经过平衡位置时开始计时;
故答案为:(1)B、D、F、G、H;(2)摆长;振动次数;振动时间;(3)同一竖直平面内;(4)平衡.
在“用单摆测定重力加速度”的实验中,为使实验结果较为准确,在下列的部分器材中应选用(用器材的字母代号填写)______.
A.1m长的细线. B.20cm长的细线.C.大木球.D.小铜球.E.0.1s刻度的秒表. F.有分针的时钟.
G.最小刻度是cm的刻度尺. H.最小刻度是mm的刻度尺.
正确答案
ADEH
解析
解:在用单摆测定重力加速度为了提高精度;
摆线要长些,所以细线选择:A.
摆球取质量大体积小的,故选:D.
测量时间用精确度为0.1s的秒表测量,故选:E.
测量摆线的长度用mm刻度尺,故选:H.
故选:ADEH.
(1)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.选细线做为摆线
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摆长
D.计时起止时刻,选在最大摆角处
(2)如果测得的g值偏小,可能的原因是______.
A.测摆线长时摆线拉得过紧
B.摆线上端悬点末固定,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,从而得出一组对应的l与T的数据,再以l为横坐标,T2为纵坐标,将所得数据连成直线如图所示,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:A、为减小空气阻力的影响,应选细线做为摆线,故A正确.
B、由于单摆与圆锥摆的周期不同,所以单摆摆动时必须保持摆线在同一竖直平面内,不能形成圆锥摆.故B正确.
C、由于细线有伸缩性,所以应拴好摆球后,令其自然下垂时测量悬点到球心的距离作为摆长,故C正确.
D、摆球经过平衡位置时,速度最大,相同的距离误差引起的时间误差最小,故应从平衡位置开始计时,故D错误.
故选:ABC.
(2)根据单摆的周期公式,解得:g=
,
A、测摆线长时摆线拉得过紧,则摆长的测量值偏大,导致重力加速度的测量值偏大.故A错误.
B、摆线上端悬点末固定,振动中出现松动,使摆线长度增加了,则摆长的测量值偏小,导致重力加速度的测量值偏小,故B正确.
C、开始计时时,秒表过迟按下,则周期的测量值偏小,导致重力加速度的测量值偏大,故C错误.
D、实验中误将49次全振动记为50次,则周期的测量值偏小,导致重力加速度的测量值偏大,故D错误.
故选:B.
(3)根据,得
,
则图线的斜率k=,解得重力加速度g=
.
故答案为:(1)ABC;(2)B;(3).
将一单摆装置竖直挂于某一深度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,设单摆振动过程中悬线不会碰到筒壁,测量出筒的下端口到摆球球心的距离l,并通过改变l而测出对应的周期T,再以T2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.(取π2=9.86)
(1)如果实验中所得到的T2-l关系图象如图乙所示,那么正确的图象应是a、b、c中的______.
(2)由图象可知,小筒的深度h=______m,当地的重力加速度g=______m/s2.
正确答案
解析
解:(1)由单摆周期公式得T=2π
得到:T2=
当l=0时,T2=>0
所以真正的图象是a
(3)当T2=0时,L=-h,即图象与L轴交点坐标.
h=-L=30cm=0.30m
图线的斜率大小k=
由图,根据数学知识得到k==4
解得g=9.86m/s2
故答案为:(1)a;(2)0.30,9.86.
某同学利用如图1所示的装置测量当地的重力加速度.实验步骤如下:
A.按装置图安装好实验装置;
B.用游标卡尺测量小球的直径d;
C.用米尺测量悬线的长度l;
D.让小球在竖直平面内小角度摆动.当小球经过最低点时开始计时,并计数为0,此后小球每经过最低点一次,依次计数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,对应每个悬线长度,都重复实验步骤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,完成下列任务:
(1)用游标为10分度的卡尺测量小球的直径.某次测量的示数如图2所示,读出小球直径d的值为______cm
(2)该同学根据实验数据,利用计算机作出t2-L图线如图3所示.根据图线拟合得到方程t2=404.0L+3.0.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3位有效数字)
(3)从理论上分析图线没有过坐标原点的原因,下列分析正确的是______
A.不应在小球经过最低点时开始计时,应该在小球运动到最高点开始计时;
B.开始计时后,不应记录小球经过最低点的次数,而应记录小球做全振动的次数;
C.不应作t2-L图线,而应作t-L图线;
D.不应作t2-L图线,而应作t2-(L+d)图线.
正确答案
解析
解:(1)由图示游标卡尺可知,主尺示数是1.5cm,游标尺示数是2×0.1mm=0.2mm=0.02cm,
游标卡尺示数即小球的直径d=1.5cm+0.02cm=1.52cm;
(2)由题意知,单摆的周期T==
,
由单摆周期公式T=可得:t2=
,
由图象得到的方程为:t2=404.0l+3.5,
则,g=
9.76m/s2;
(3)单摆摆长等于摆线长度与摆球半径之和,把摆线长度作为单摆摆长,
摆长小于实际摆长,t2-l图象不过原点,在纵轴上截距不为零,故D正确,ABC错误;
故答案为:(1)1.52,(2)9.76,(3)D
某同学在“用单摆测定重力加速度”的实验中测量了一些数据,其中的一组数据如下所示.
(1)用游标卡尺测量摆球直径,卡尺游标位置如图a所示,可知摆球直径是______cm.
(2)为了提高实验精度,在试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 T2为纵坐标,将所得数据连成直线如图b所示,利用图象可求出重力加速度g=______m/s2.(结果保留三位有效数字)
正确答案
1.940
9.86
解析
解:游标卡尺的读数=主尺+游标尺与主尺对齐各数×精确度=19mm+8×0.05mm=19.40mm=1.940cm
单摆的周期公式,
,所以图象的斜率表示
,g=π2=9.86m/s2;
故答案为:1.940,986
如图是沙摆演示简谐振动图象的装置.当盛沙漏斗下面的薄板N被水平匀速拉出时,摆动着的漏斗中漏出的沙在板上形成的曲线显示出摆的位移随时间的变化关系.已知木板被水平拉动的速度为0.20m/s,木板的长度为0.8m,则该沙摆的摆长为(取g=π2)( )
正确答案
解析
解:由题,薄木板水平匀速运动,运动时间为t=.设沙摆的周期为T,由图看出,2T=t,得T=2s.
由单摆的周期T=2得,L=
故选:C
利用单摆测量某地的重力加速度时,测得摆球质量为m,摆长为L,通过传感器测出摆球运动时位移随时间变化的规律为x=Asin(ωt+φ),则该处的重力加速度g的表达式科表示为______.
(2)如图是某绳波形成过程的示意图,绳处于水平位置时,1、2、3、4…为绳上的一系列等间距的质点,绳处于水平方向.现质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,带动2、3、4…各个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传到右端.t=0时质点1开始竖直向上运动,质点振动周期为T.经过,质点5开始运动,此时质点1的位移为6cm.则t=
时质点5的运动方向为______,t=
时质点9的路程为______cm.
正确答案
解析
解:(1)据表达式可知:T=
根据单摆的周期公式推导出重力加速度的表达式g==ω2L
(2)经过T时,质点1从平衡位置运动到波峰,此时质点5刚开始振动,由于后一个质点重复前一个质点的振动,由于质点1开始竖直向上振动,故质点5开始振动时也是竖直向上振动.
当t=时质点已经振动了t=
时间,而质点在一个周期内通过的路程是4A,则t=
时质点9运动的路程为 S=1A=6cm.
故答案为:竖直向上,6cm.
故答案为:(1)g=ω2L;(2)顺直向上,6.
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