- 单摆
- 共2503题
在做“用单摆测定重力加速度”的实验过程中.
(1)某同学在做“用单摆测定重力加速度”的实验过程中,用毫米刻度尺测得摆线长L0=945.8mm;并用游标卡尺测得摆球的直径如图甲所示,则摆球直径d=______mm;用秒表测得单摆完成n=40次全振动的时间如图乙所示,则秒表的示数t=______s.
(2)如果该同学测得的g值偏小,可能的原因是______.(填字母序号)
A.计算摆长时没有计入摆球的半径
B.开始计时时,秒表过迟按下
C.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
D.试验中误将39次全振动数为40次
(3)在“单摆测重力加速度”的实验中,如果摆球质量不均匀,按照正常的方法进行实验,会给测量结果造成误差.一个同学设计了一个巧妙的方法,可以避免上述误差,实验分两次进行,第一次测得悬线长为L1,测得振动周期为T1;第二次只改变悬线长为L2,并测得此时单摆的振动周期为T2,根据测量数据导出重力加速度的表达式为______.
正确答案
解析
解:(1)主尺读数为:20mm,游标尺为20分度,精确度为0.05mm,读数为:6×0.05=0.30mm,故球的直径为:20mm+0.30mm=20.30mm;
秒表大盘读数18.4s,小盘读数60s,故秒表读数为:60s+18.4s=78.4s;
(2)同学测得的g值偏小,说明摆长测量值偏大或者周期测量值偏大;
A、计算摆长时没有计入摆球的半径,摆长测量值偏小,故加速度测量值偏小,故A正确;
B、开始计时时,秒表过迟按下,周期测量值偏小,故加速度测量值偏大,故B错误;
C、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,故相对与原来的单摆,周期测量值偏大了,故加速度测量值偏小,故C正确;
D、试验中误将39次全振动数为40次,周期测量值偏小,故加速度测量值偏大,故D错误;
故选:AC;
(3)设摆线的结点到摆球重心距离为r,则
T1=2π,
T2=2π
联立两式解得,g=
故答案为:
(1)20.30;78.4;
(2)AC;(3)g=.
有人说矿区的重力加速度偏大,某兴趣小组用单摆测定重力加速度的实验探究该问题.
(1)用刻度尺测得摆长为l,测量周期时用到了秒表,长针转一周的时间为30s,表盘上部的小圆共15大格,每一大格为1min,该单摆摆动n=50次时,长短针的位置如图1所示,所用时间为t=______s.
(2)用以上直接测量的物理量的英文符号表示重力加速度的计算式为g=______(不必代入具体数据).
(3)若有一位同学在实验时测出多组单摆的摆长l和运动周期T,作出T2-l图象,就可以求出矿区的重力加速度.理论上T2-l图象是一条过坐标原点的直线,该同学根据实验数据作出的图象如图2所示.
①造成图象不过坐标原点的原因最有可能是______.
②由图象求出的重力加速度g=______m/s2(取π2=9.87).
正确答案
解析
解:(1)内圈读数为:1.5min=90s,外圈读数为:10.2s,相加得读数为:100.2s.
(2)由单摆周期公式可得:
,又:
,故重力加速度表达式为:
;
(3)①如果测摆长l时,没有包括摆球半径r,
则:T2=(l-r)=
l-
r,
则T2是l的一次函数,而不是正比例函数,
故函数图象不是过原点的直线的原因最可能是摆长没包括球的半径;
②摆长单位换算成米,由图象的斜率可得斜率为:;
由,重力加速度为:
g=π2=9.87m/s2.
故答案为:(1)100.2s;(2);(3)①测单摆摆长时漏掉了摆球的半径;②9.87.
在用单摆测定重力加速度的实验中,下列操作要求或注意事项说法正确的是( )(填入相应的字母)
正确答案
解析
解:A、小球应在同一竖直平面内振动,摆角不大于5°.故A错误.
B、摆线不能太短,否则误差会增大,B正确.
C、测量周期时,单摆全振动的次数越多求得的误差越小,C正确.
D、摆长等于摆线的长度与摆球的半径之和,用米尺测出摆线长L,然后用游标卡尺测量出小球直径d,摆长应该是L+,不应该直接用米尺测量,故D错误.
故选:BC.
(2015秋•福建期末)某同学用如图1所示的装置测定重力加速度:
(1)电火花计时器的工作电压是______(填交流、直流),为______v,频率为______Hz.
(2)打出的纸带如图2所示,纸带上1至9各点为计时点,由纸带所示数据可算出实验时的加速度为______ m/s2.(结果保留三位有效数字)
(3)当地的重力加速度数值为9.80m/s2,请列出测量值与当地重力加速度的值有差异的一个原因______.
正确答案
解析
解:(1)电火花打点计时器使用的工作电压为交流220V,频率为50Hz.
(2)根据△x=gT2得,
x23-x78=5gT2,
解得g==
m/s2=9.40m/s2.
(3)测量出的重力加速度小于当地的重力加速度的原因是重物拉动纸带运动的过程中受到空气阻力、摩擦阻力等影响.
故答案为:(1)交流220,50;(2)9.40 (3)空气阻力、摩擦阻力
我校物理兴趣小组的同学,打算用单摆测定当地重力加速度.
(1)甲同学用刻度尺测得摆长为l,测量周期时用到了秒表,长针转一周的时间为30s,表盘上部的小圆共15大格,每一大格为1min,该单摆摆动n=50次时,长短针的位置如图所示,所用时间为t=______s.
(2)用以上直接测量的物理量的英文符号表示重力加速度的计算式为g=______(用字母表示,不代入具体数据).
(3)若有一位同学在实验时测出多组单摆的摆长l和振动周期T,作出T2-l图象,就可以求出当地重力加速度.理论上T2-l图象是一条过坐标原点的直线,该同学根据实验数据作出的图象如右图所示.
①造成图象不过坐标原点的原因最有可能是______.
②由图象求出的重力加速度g=______m/s2(取π2=9.87).
(4).另一同学在家里做“用单摆测定重力加速度”的实验,但没有适合的摆球,他找到了一块大小为5cm左右,外形不规则的大理石块代替摆球.他设计的实验步骤是:
A.将石块用细线系好,结点为M,将细线的上端固定于O点
B.将石块拉开,使摆角A小于5°,然后由静止释放
C.从石块摆到平衡位置开始计时,测出30次全振动的总时间T,由T=得出周期
D.改变OM间细线的长度,再做几次实验,记下相应的(L1,T1)、(L2,T2)…
E.求出多次实验中测得的L和T的平均值代入公式g=,求出重力加速度g
你认为该同学以上实验步骤中有重大错误的是______(填序号).
正确答案
解析
解:(1)图中所示秒表分针示数是1.5min=90s,秒针示数是10.2s,秒表所示是90s+10.2s=100.2;
(2)设单摆的摆长是L,摆动n=50次时,所用时间为tr,则根据单摆的周期公式T=2π,
,
联立解得,
(3)同学根据实验数据作出的图象如图,由于L=0时周期不等于O,所以可能是测量单摆的摆长时漏掉了摆球的半径;
根据周期的公式得:=
m/s 2
(4)该同学以上实验步骤中有错误的是CE;
C中,从石块摆到平衡位置开始计时,测出30次全振动的总时间T,由T=得出周期;
E中,求出多次实验中测量的L和T的值代入公式g=,求出重力加速度g,然后求加速度g的平均值.
故选:CE
故答案为:(1)100.2;(2)(3)①测量单摆的摆长时漏掉了摆球的半径②9.87;(4)CE
根据单摆周期公式,可以通过实验测量当地的重力加速度.如图1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,示数如图2所示,读数为______mm.
(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°,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△t即为单摆周期T
e.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置不大于5°,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△t,则单摆周期T=.
正确答案
解析
解:(1)游标卡尺的读数方法是先读出主尺上的刻度,大小:18mm,再看游标尺上的哪一刻度与固定的刻度对齐:第6刻度与上方刻度对齐,读数:0.1×6=0.6mm,总读数:L=18+0.6=18.6mm.
(2)该实验中,要选择细些的、伸缩性小些的摆线,长度要适当长一些;和选择体积比较小,密度较大的小球.故ab是正确的.
摆球的周期与摆线的长短有关,与摆角无关,故c错误;
拉开摆球,使摆线偏离平衡位置不大于5°,故d错误;
释放摆球,当摆球振动稳定后,从平衡位置开始计时;要测量多个周期的时间,然后求平均值.故e正确.
故选:abe.
故答案为:(1)18.6 (2)abe.
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,如果本实验的测量工具只能测量出筒的下端口到摆球球心的距离为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.
(1)如果实验中所得到的T2-L关系图象如图乙所示,那么真正的图象应是a、b、c中的______.
(2)由图象可知,小筒的深度h=______m,当地的g=______m/s2.
(3)某次秒表计时得的时间如图丙所示,则总时间为______s.
正确答案
a
0.30
9.86
66.3
解析
解:
(1)根据单摆的周期公式T=2得到,T2=
,根据数学知识可知,T2-L关系的图象应是a、b、c中的a.
(2)根据数学知识可知,=1.2,代入得到,h=0.3m.图线的斜率k=
=04,k=
,则g=
=
m/s2=9.86m/s2.
(3)由分针读出60s,秒针读出6.3s,则总时间为66.3s.
故答案为:(1)a.(2)0.3m.9.86.(3)66.3s.
在“用单摆测定重力加速度”的实验中,操作步骤如下:
a.用游标卡尺测得金属小球的直径d(如图甲)
b.取一根细线,下端系住金属小球,上端固定在铁架台上,用米尺量得细线长度l
c.在摆球运动最低点的左、右侧分别放置一激光光源与光敏电阻,金属小球挡住激光时光敏电阻阻值会出现一个峰值(如图乙)
d.在摆线偏离竖直方向5°位置释放小球,自动记录仪显示的光敏电阻阻值的第一个峰值时刻为t1,第n个峰值时刻为tn
e.计算重力加速度的值
(1)从图甲中可读出摆球直径d=______cm,由步骤d可测算出摆球的周期T=______(用题中所给物理量表示)
(2)实验中有个同学正确地测出了摆球的周期T,但误将细线长度l当成单摆的摆长,下列处理方法中,对测得重力加速度的值没有影响的是______
A.作出T-l图象,通过函数表达式求出重力加速度
B.作出T-图象,通过图线的斜率救出重力加速度
C.作出T2-l图象,通过图线的斜率救出重力加速度
D.作出lgT-lgl图象,通过图线与纵轴的截距求出重力加速度
正确答案
解析
解:(1)游标卡尺的主尺读数为15mm,游标读数为0.1×5mm=0.5mm,则摆球的直径d=15.5mm=1.55cm.
一个周期内会出现四次峰值位置,则周期T=.
(2)根据单摆的周期公式得,,则有
,可知T2-l图线的斜率等于
,所以作出T2-l图象,通过图线的斜率救出重力加速度.
故选:C.
故答案为:(1)1.55,,(2)C.
在“利用单摆测重力加速度”的实验中:
(1)甲同学测得的重力加速度数值明显大于当地的重力加速度值,造成这一情况的可能原因是______;
A.测量摆长时,把悬挂状态的摆线长当成摆长
B.测量周期时,当摆球通过平衡位置时启动秒表并记为第1次,此后摆球第50次通过平衡位置时制动秒表,读出经历的时间为t,并由计算式T=求得周期
C.开始摆动时振幅过小
D.所用摆球的质量过大
(2)乙同学先用米尺测得摆线长为97.43cm,用卡尺测得摆球直径如图甲所示为______cm,然后用秒表记录单摆完成全振动50次所用的时间,从图乙可读出时间为______s,当地的重力加速度g=______m/s2.(重力加速度的计算结果保留三位有效数字)
(3)实验中,如果摆球密度不均匀,无法确定重心位置,丙同学设计了一个巧妙的方法而不用测量摆球的半径.具体作法如下:
①第一次悬线长为L1时,测得振动周期为T1;
②第二次增大悬线长为L2时,测得振动周期为T2;
③根据单摆周期公式可求得重力加速度为g=______.(用题给符号表示)
正确答案
解析
解:(1)由单摆周期公式T=,可知重力加速度:g=
A、由g=可知,当l偏小会才会引起测量值小,故A错误
B、由g=可知,当T偏小会引起测量值偏大.故B正确.
C、重力加速度的测量值与振幅无关,振幅偏小,不影响测量结果,故C错误;
D、g的值与摆球的质量无关,故D错误
故选:B
(2)直径:主尺:2.1cm,游标尺对齐格数:5个格,读数:5×mm=0.25mm=0.025cm
所以直径为:2.1+0.025=2.125cm
秒表读数:内圈:1.5分钟=90s,外圈:9.8s,所以读数为:99.8s
由g=,L=97.43+
=98.49cm,T=
s=1.996s
代入解得:g=9.75m/s2
(3)设摆球的重心到线与球结点的距离为r,根据单摆周期的公式:T=
故:T1=
联立两式解得:g=
故答案为:(1)B;(2)2.125,99.8,9.75;(3)
(1)在“用单摆测定重力加速度”实验中,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1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随时间的变化图线如图2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”)
(2)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,到第次经过最低点所用的时间为;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,再用螺旋测微器测得摆球的直径为(读数如图3所示).
(1)该单摆在摆动过程中的周期为______.
(2)从图3可知,摆球的直径为______mm.
(3)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
B.把次摆动的时间误记为(+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
正确答案
解析
解:
(1)单摆在一个周期内两次经过平衡位置,每次经过平衡位置,单摆会挡住细激光束,从R-t图线可知周期为2t0;
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,摆长变长,由单摆周期公式可知周期变大.
(2)①单摆每两次经过最低点的时间为一个周期,t时间内单摆(n-1)此经过最低点,故周期为:;
②固定刻度读数为:5.5mm,可动刻度读数为:0.01×48.0=0.480mm,故球的直径为:5.5mm+0.480mm=5.980mm;
③A、由单摆周期公式可得重力加速度为:
,单摆的悬点未固定紧,振动中出现松动,使摆线增长了,所测周期T偏大,则g偏小.故A错误.
B、把n次摆动的时间误记为(n+1)次摆动的时间,使所测周期变小,计算出的g偏大,故B正确;
C、以摆线长作为摆长来计算,摆长偏小,使所测g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,求出的g偏大,故D正确;
故选:BD.
故答案为:(1)2t0;变大.(2)①;②5.980;③BD.
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