- 单摆
- 共2503题
用下面的方法测量重力加速度:如图所示,用一根轻绳将一小球悬挂在O点,小球可在竖直面内自由地左右摆动,P点是小球球心运动的最低点,“在正对P点垂直摆动平面,安装一个光电门,并与光电计时器连接.将小球从某一高度释放,通过P点时,计时器记录下小球通过光电门的时间为t,测出小球释放点到P点的竖直高度h和小球的直径d.
(1)用上面的字母写出计算重力加速度的表达式______
(2)改变小球的释放高度,重复上面操作,用测量的相关数据作出如图所示的图象,图象的横坐标表示小球的释放高度h,纵坐标表示______,计算出图线的斜率为k,则重力加速度是______.
(3)下面关于此实验误差的分析正确的是:______
A.所用小球的直径越小误差越小
B.由于空气阻力的影响,使重力加速度的测量值偏小
C.通过多次测量取平均值的方法,可以减小由于空气阻力带来的误差
D.-用上面的图象法处理数据,可以减小测量的偶然误差.
正确答案
解析
解:(1)小球通过最低点的速度v=.
根据动能定理得:,解得:g=
.
(2)根据得
,因为d为定量,图象的横坐标表示小球的释放高度h,则纵坐标表示
.
若图线的斜率为k,则重力加速度g=.
(3)A、小球的直径越小,平均速度速度越趋向于瞬时速度.故A正确.
B、由于空气阻力的影响,使重力加速度的测量值偏小.故B正确.
C、通过多次测量取平均值的方法,无法减小空气阻力的影响.故C错误.
D、用上面的图象法处理数据,可以减小测量的偶然误差.故D正确.
故选ABD.
在用单摆做简谐运动测定重力加速度的实验时,
①组装单摆时,实验室有长约100cm和30cm的两种细线,应该选择长约______的细线.
②用摆长L和周期T计算重力加速度的公式是g=______.
③实验中,用米尺测量出悬线长度为l,用游标卡尺测量出小钢球的直径为d,则摆长L=______.
④实验中待小钢球摆动稳定后,现要测量小钢球运动的周期.
甲同学从小钢球某次通过平衡位置时开始计时,数出以后小钢球通过平衡位置的次数n,用停表记下所用的时间t;
乙同学从小钢球某次通过平衡位置时开始计时,并将这次通过平衡位置时记为1,将小钢球第二次沿同一方向通过平衡位置时记为2,第三次沿同一方向通过平衡位置时记为3,以此类推,一直数到n‘,同时按下停表,停表的显示时间为t′.
你选择哪位同学的实验方法,并写出对应的单摆的周期表达式:______.
正确答案
解析
解:①组装单摆时,应该选择1m左右的细线.
②根据T=得,重力加速度的表达式g=
.
③摆长等于摆线的长度与摆球的半径之和,则摆长L=l+.
④单摆在一个周期内两次通过平衡位置,对于甲同学的测量,周期T=,
对于乙同学的测量,周期T=.
故答案为:①1m;②;③
;④甲同学,T=
;乙同学,T=
某同学在学习了简谐振动后,想“利用单摆来测重力加速度”,他先测得摆线长为101.00cm,摆球直径为2.00cm,然后用秒表记录了单摆50次全振动所用的时间为101.5s.则:
(1)他测得摆长应为______m,周期为______s.
(2)他在实验中误将49次全振动计为50次,这一操作使测得的结果______(选填“偏大”或“偏小”).
(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和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,并求得该直线的斜率K.则重力加速度g=______.(用K表示)
正确答案
解析
解:(1)单摆的摆长应为摆线的长度与摆球的半径之和,所以摆长应为 101cm+1cm=1.02 m;利用累积法求周期,所以T==2.03 s.
(2)单摆的周期公式T=2π 得:g=
.
据T=可知,将49次全振动计为50次,使周期变小;据加速度的表达式可知,会使g偏大.
(3)以l为横坐标、T2为纵坐标将所得数据连成直线,并求得该直线的斜率K;再据单摆的周期公式T=2π 得:g=
.所以g=
故答案为:(1)1.02;2.03;(2)偏大;(3)
如图所示,用单摆测重力加速度,其中L0、d、n、t分别表示实验时已测得的数据.
根据这些数据可以算出:
(1)单摆的摆长L=______;
(2)单摆的周期T=______;
(3)当地的重力加速度g=______;
(4)为了利用单摆较准确地测出重力加速度,可选用的器材为______
A.20cm长的结实的细线、小木球、秒表、米尺、铁架台
B.100cm长的结实的细线、小钢球、秒表、米尺、铁架台
C.100cm长的结实的细线、大木球、秒表、50cm量程的刻度尺、铁架台
D.100cm长的结实的细线、大钢球、大挂钟、米尺、铁架台.
正确答案
B
解析
解:(1)单摆的摆长l=L0+d;
(2)单摆一次全振动的时间为一个周期,则单摆的周期为T=;
(3)由单摆的周期公式T=2π得
(4)根据实验要求,摆长1m左右,用米尺测量,体积较小的实心金属球,选小钢球,测量周期用秒表,
故选:B;
故答案为:(1)L0+d;(2)
;(3)
.(4)B
在“利用单摆测重力加速度”的实验中,某同学先测得摆线长,再用20分度的游标卡尺测摆球直径,如图(甲)所示,然后让单摆开始振动,则:
(1)摆球的直径为______cm.
(2)如果该同学测得的g值偏大,可能的原因是______.
A.计算摆长时未加上摆球的半径
B.开始计时时秒表开启过迟
C.实验中误将29次全振动计成30次
(3)为了提高实验精度,在实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(乙)所示,则测得的重力加速度g=______m/s2.(保留3位有效数字)
正确答案
解析
解:(1)主尺读数为20mm,游标尺上第13条刻度线与主尺对齐,读数为13×0.05mm=0.65mm,则摆球的直径为D=20mm0.65mm=20.65mm=2.065cm.
(2)由单摆的周期公式T=2得,g=
A、计算摆长时未加上摆球的半径,摆长l偏小,测得的g值偏小.故A错误.
B、开始计时时秒表开启过迟,周期T偏小,测得的g值偏大.故B正确.
C、实验中误将29次全振动计成30次,T偏小,测得的g值偏大.故C正确.
故选BC
(3)由g=得知,T2-L图象的斜率等于k=
.由图求出斜率k=4s2/m
代入解得,g=9.86.
故答案为:(1)2.065(2)BC (3)9.86
在“利用单摆测重力加速度”的实验中,由单摆做简谐运动的周期公式得到T2=
l.只要测量出多组单摆的摆长l和运动周期T,作出T2-l图象,就可求出当地的重力加速度,理论上T2-l图象是一条过坐标原点的直线.某同学在实验中,用一个直径为d的带孔实心钢球作为摆球,多次改变悬点到摆球顶部的距离l0,分别测出摆球做简谐运动的周期T后,作出T2-l图象,如图所示.
①造成图象不过坐标原点的原因可能是______
A.将l0记为摆长l; B.摆球的振幅过小 C.将(l0+d)计为摆长l D.摆球质量过大
②由图象求出重力加速度g=______m/s2(取π2=9.87)
正确答案
解析
解:(1)图象不通过坐标原点,将图象向右平移1cm就会通过坐标原点,故相同的周期下,摆长偏小1cm,故可能是测摆长时漏掉了摆球的半径;将l0记为摆长l;
故选:A
(2)由T=2π可得:T2=
L,则T2-L图象的斜率等于
,
由数学知识得:,
解得:g=π2=9.87m/s2;
故答案为:A;9.87.
在“用单摆测定重力加速度”的实验中,
(1)以下关于本实验的措施中正确的是______(选填下列选项前的序号)
A.摆角应尽量大些
B.摆线应适当长些
C.摆球应选择密度较大的实心金属小球
D.用停表测量周期时,应取摆球摆至最高点时开始计时
(2)某同学用秒表记录了单摆振动50次所用的时间如图1所示,秒表读数为______s.
(3)若该同学测量了5种不同摆长与单摆振动周期的对应情况,并将记录的结果描绘在如图2所示的坐标中,图中个坐标点的标号分别对应实验种5种不同摆长的情况.在处理数据时,该同学实验中的第______组数据点应当舍弃.请你在图2中画出T2-l图线;
(4)该同学求重力加速度时,他首先求出了(3)中T2-l图线的斜率k,则利用率k求重力加速度的表达式为g=______.
正确答案
解析
解:(1)A、摆角过大,就不能再视为简谐运动;故摆角不能太大;故A错误;
B、实验中,摆线的长度应远远大于摆球的直径.故A正确.
C、减小空气阻力的影响,选择密度较大的实心金属小球作为摆球.故C正确.
D、用停表测量周期时,应从球到达平衡位置开始计时,这样误差小一些;故D错误;.
故选:BC;
(2)根据秒表的读数方法可知,小表盘表针超过了半刻线,故:
t=60s+40.6s=100.6s;
故其读数为:100.6s;
(3)用直线将种点拟合可知,第4点离直一较远,应舍去;
(4)根据单摆的周期公式T=,
则,
则图线的斜率k=,解得g=
.
故答案为:(1)BC,(2)100.6;(3)4;如图所示;(4)
有人说矿区的重力加速度偏大,某同学“用单摆测定重力加速度”的实验探究该问题.他用最小分度为毫米的米尺测得摆线的长度为800.0mm,用游标为10分度的卡尺测得摆球的直径如图1所示,摆球的直径为______mm.他把摆球从平衡位置拉开一个小角度由静止释放,使单摆在竖直平面内摆动,当摆动稳定后,在摆球通过平衡位置时启动秒表,并数下“0”,直到摆球第30次同向通过平衡位置时按停秒表,秒表读数如图2所示,读出所经历的时间t,则单摆的周期为______s,该实验测得当地的重力加速度为______m/s2.(保留3位有效数字)
正确答案
20.2
1.80
9.86
解析
解:主尺读数为20mm.10分度的游标卡尺每一分度表示的长度为0.1mm,游标尺第2条刻度线与主尺对齐,则游标尺读数为0.2mm,
摆球的直径为20mm+0.2mm=20.2mm.
由秒表读出单摆做30次全振动所用的时间t=54.0s,单摆的周期T==1.80s.
单摆的摆长l=摆线的长度+摆球的半径=800.0mm+10.1mm=810.1mm.
由单摆的周期公式T=2π得,
重力加速度g=,代入解得,g=9.86m/s2
故答案为:20.2,1.80,9.86.
在“用单摆测定重力加速度”的实验中:
(1)某同学分别选用四种材料不同、直径相同的实心球做实验,各组实验的测量数据如下.若要精确计算当地的重力加速度值,应选用第______组实验数据.
(2)某同学选择了合理的实验装置后,测量出几组不同摆长L和周期T的数值,画出T2-L图线(以T2为纵轴),并算出图线的斜率为k,则当地的重力加速度g=______(用符号表示).
正确答案
2
解析
答:(1)对比各个实验组可得,用密度较大的实心球,减小空气质量影响,摆角较小,白长约1m,振动次数较多,约50次,满足条件的为:2.
(2)由题意知,斜率k=,根据实验原理:
T=2π得:
g=
整理得:g=
故答案为:(1)2;(2).
某同学在做“利用单摆测重力加速度”实验中,先测得摆线长为l=97.5cm,摆球直径为d=2.0cm,然后用秒表记录了单摆动n=50次所用的时间(如图1所示).则:
①摆动时偏角应满足的条件是______.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,且用秒表测量单摆完成多次振动所用的时间,求出周期;
②该摆摆长L=______cm,秒表所示读数t=______s.
③用上述所给物理量的符号表示单摆周期的表达式:______
④如果他测得的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
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
⑤某同学根据实验数据作出的图象如图2所示,试问:造成图象不过坐标原点的原因是______;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当摆球经过平衡位置时,即最低点,开始计时误差较小.
②该摆的摆长L=l+=97.5+1cm=98.5cm.秒表的读数t=90+9.8s=99.8s.
③根据T=知,重力加速度g=
=
=
.
④A、根据知,测摆线长时摆线拉得过紧,摆长的测量值偏大,则重力加速度测量值偏大,故A错误.
B、根据知,摆在线端未牢固地系于悬点,振动中出现松动,使摆线长度增加,知摆长的测量值偏小,则重力加速度的测量值偏小,故B正确.
C、根据知,开始计时时,秒表过迟按下,则周期的测量值偏小,重力加速度的测量值偏大,故C错误.
D、根据知,实验中误将49次全振动数为50次.则周期的测量值偏小,重力加速度的测量值偏大,故D错误.
故选:B.
⑤图象不通过坐标原点,将图象向右平移1cm就会通过坐标原点,故相同的周期下,摆长偏小1cm,故可能是测摆长时漏掉了摆球的半径或所测得摆长偏小;
由T=2π可得:T2=
L,则T2-L图象的斜率等于
,由数学知识得:
=
解得:g=9.87m/s2;
故答案为:①θ≤10°,低;②98.5;99.8 ③;④B; ⑤测单摆摆长时漏掉了摆球的半径或所测得摆长偏小;9.87
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