- 单摆
- 共2503题
在做“用单摆测定重力加速度”的实验时,如果已知摆球直径为2.00厘米,让刻度尺的零点对准摆线的悬点,摆线竖直下垂,如图1所示,那么单摆摆长是______ m.如果测定了40次全振动的时间如图2中秒表所示,那么秒表读数是______ s,用游标卡尺分别测量一根金属管的外径和内径,其结果如图3所示.则金属管的外径是______cm,经过计算得到金属管厚度是______cm.
正确答案
解析
解:摆长等于摆线的长度与摆球的半径之和,则L=88.40-1.00cm=87.40cm=0.8740m.
秒表的读数t=60+15.2s=75.2s.
外径为d1=26mm+0.1×6mm=26.6mm=2.66cm,
内径为d2=20mm+0.1×4mm=20.4mm=2.04cm,
则厚度d=.
故答案为:(1)0.8740,75.2s,2.66,0.31
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97.50厘米,摆球直径为2.0厘米,然后用秒表记录了单摆振动N次所用的时间(如图1),则:
①该摆摆长为______厘米,秒表所示读数为______秒.
②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为横座标,T2为纵座标将所得数据连成直线(如图2),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)①单摆的摆长L=l线+=97.50cm+
cm=98.5cm.
②小表盘表针超过了半刻线,故为:秒表读数=某分钟+(大表盘示数+30)秒
秒表的示数为:60s×3+48.7s=228.7s.
(2)根据单摆的周期公式:,得:
,
A、测摆线长时摆线拉得过紧,使测量的摆线的长度的变大,重力加速度的测量值偏小.故A正确;
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,则重力加速度的测量值偏大.故B错误;
C、开始计时时,秒表过迟按下,则记录的时间t偏小,所以重力加速度的测量值偏大.故C错误;
D、实验中误将49次全振动数为50次,则计算出的单摆的周期偏小,所以重力加速度的测量值偏大.故D错误.
故选:A.
(3)以L为横坐标,T2为纵坐标,则根据公式:
,
.
故答案为:(1)98.5;228.7;(2)A;(3)
在“利用单摆测定当地重力加速度”的实验中:
(1)下面所给器材中,选用哪些器材较好,请把所选用器材前的字母依次填写在题后的横线上.
A.长1m左右的细线; B.长30cm左右的细线;C.直径1cm的铅球;D.直径1cm的铝球;E.秒表; F.时钟;G.最小刻度是厘米的直尺;H.最小刻度是毫米的直尺
所选用的器材是______.
(2)实验时对摆的振幅要求是______.(很大;不要太大;很小)
(3)用游标卡尺测定摆球的直径,测量结果如图所示,则该摆球的直径为______cm.
(4)小组成员在实验过程中有如下说法,其中正确的是______.(填选项前的字母)
A.把选择密度较小的摆球,测得的重力加速度值误差较小;
B.测量摆球通过最低点100次的时间t,则单摆周期为;
C.用悬线的长度加摆球的直径作为摆长,代入单摆周期公式计算得到的重力加速度值偏大;
D.通过改变摆线的长度,多测几组数据,利用平均值法求出重力加速度的值.
正确答案
解析
解:(1)由单摆周期公式T=2π可得,g=
,实验需要测量摆长,摆长等于摆线的长度加上摆球的半径,所以需要刻度尺,实验需要测量周期,则需要秒表,摆线的长度大约1m左右,摆球需要密度较大的摆球,因此摆球应选C,故选用的器材为A、C、E、H.
(2)为保持小球做简谐运动,实验时对摆的振幅要求是不要太大.
(3)由图示游标卡尺可知,主尺示数为0.9cm,游标尺示数为7×0.1mm=0.7mm=0.07cm,则摆球的直径为0.9cm+0.07cm=0.97cm.
(4)A、为减小空气阻力对实验的影响,应选择密度大而体积小的球作为摆球,故A错误;
B、测量摆球通过最低点100次的时间t,则单摆周期为,故B错误;
C、用悬线的长度加摆球的直径作为摆长,重力加速度g=,摆长L偏大,则所测重力加速度值偏大,故C正确;
D、通过改变摆线的长度,多测几组数据,求出重力加速度,然后求出加速度的平均值作为重力加速度的测量值,可以减小实验实验误差,故D正确;故选CD.
故答案为:(1)A、C、E、H;(2)不要太大;(3)0.97;(4)CD.
某同学业余时间在家里想根据用单摆测重力加速度的方法,测量当地的重力加速度.他在家中找了一根长度为 1.2m 左右的细线,有一个可作停表用的电子表,和一把学生用的毫米刻度尺(无法一次直接测量出摆长).由于没有摆球,他就找了一个螺丝帽代替.他先用细线和螺丝帽组成一个单摆,用电子表根据多次测量求平均值的方法测出振动周期为T1.然后将细线缩短,用刻度尺量出缩短的长度为△L,测出这种情况下单摆的周期为T2.根据这些数据就可以测出重力加速度了,请你用以上测得的数据,推导出该同学测量当地重力加速度的表达式.
正确答案
解析
解:根据单摆的周期公式T=2π,有:
第一次:T1=2π
第二次:T2=2π
联立解得:g==
答:该同学测量当地重力加速度的表达式为g=.
在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中
(1)摆球的密度应选得______些(填“大”或“小”).
(2)某同学使用游标卡尺测量小球直径,如图甲所示的三种情形,其中正确的是______(填“A”、“B”或“C”).
(3)已知摆线长度为0.9200m,该同学正确测量摆球直径如图乙所示,则此单摆摆长为______m.
(4)某同学想利用同一实验装置测量当地的重力加速度,但实验中小球摆动时摆线碰到了桌子的边缘(如图丙所示),若其他操作正确规范,由此计算得到的重力加速度值与实际值相比将______(填“偏小”、“偏大”或“不受影响”).
正确答案
解析
解:(1)和选择体积比较小,密度较大的小球,即质量大体积小的球,这样受到的空气阻力可以忽略.
(2)游标卡尺测量小球的直径,应将小球卡在外爪的刀口上,故A正确.
故选:A
(3)10分度的游标卡尺的精度是0.1mm,主尺读数为16mm,游标尺示数为6×0.1mm=0.6mm,游标卡尺示数为16mm+0.6mm=16.6mm=0.0166m.摆长等于摆线的长度与球的半径之和,则得:摆长L=0.9200m+=0.9283m,
(4)小球做单摆运动,T=,碰到桌子后,摆长变小,周期变小,所以碰到桌边的半个周期时间变短了,则实验中小球做单摆运动的周期变小了,
根据T=得:g=
可知,周期变小,重力加速度g偏大.
故答案为:(1)大;(2)A;(3)0.9283;(4)偏大.
(1)如图1所示,螺旋测微器的读数为______mm,游标卡尺的读数为______mm.
(2)学过单摆的周期公式以后,有的同学对钟摆产生了兴趣,他们先研究用厚度和质量分布均匀的方木块(如一把米尺)做成的摆(这种摆被称为复摆),如图2所示.让其在竖直平面内做小角度摆动,C点为重心,板长为L,周期用T表示.
甲同学猜想:复摆的周期应该与板的质量有关.
乙同学猜想:复摆的摆长应该是悬点到重心的距离.
丙同学猜想:复摆的摆长应该大于.
为了研究以上猜想是否正确,他们进行了下面的实验探索:,
①把两个相同的木板完全重叠在一起,用透明胶(质量不计)粘好,测量其摆动周期,发现与单个木板摆动时的周期相同,重做多次仍有这样的特点.则证明了甲同学的猜想是______的(选填“正确”或“错误”).
②用T0表示板长为L的复摆看成摆长为L/2单摆的周期计算值用T表示板长为L复摆的实际周期测量值.计算与测量的数据如下表:
由上表可知,复摆的等效摆长______(选填“大于”、“小于”或“等于”).
③为了进一步定量研究,同学们用描点作图法对数据进行处理,所选坐标如图3.请在坐标上作出T-T0图,并根据图象中反映出的规律求出=______(结果保留三位有效数字,其中L等是板长为L时的等效摆长,
).
正确答案
解析
解:(1)螺旋测微器的读数为0.5mm+0.01×40.0=0.900mm,游标卡尺的读数为33mm+0.05×2mm=33.10mm.
(2)①把两个相同的木板完全重叠在一起,用透明胶(质量不计)粘好,测量其摆动周期,发现与单个木板摆动时的周期相同,重做多次仍有这样的特点.知复摆的周期与质量无关.所以甲同学的猜想是错误的.
②因为周期的测量值大于周期的计算值,根据公式知,复摆的等效摆长大于.
③用描点作图法作出T-To图线如图所示,由数学知识求得:图线的斜率k=,则由T=2π
,
得,
.
故答案为:(1)0.900 33.10
(2)①错误
②大于
③作图,如图所示,1.16
在“用单摆测重力加速度”的实验中.
(1)某同学的操作步骤为:
a.取一根细线,下端系住直径为d的金属小球,上端固定铁架台上;
b.用米尺测得细线的长度为l;
c.在摆线偏离竖直方向5°位置由静止释放小球;
d.用秒表记录小球完成n次全振动的总时间t,得到周期T=;
e.改变细线长度,重复上述实验过程,得到多组T-l的数据
f.作出T2-l图象,计算图线斜率即为重力加速度值.
实验按上述方法得出的重力加速度值与实际值相比______(选填“偏大”、“偏小”或“相同”)
(2)上述某次实验中,发现细线上端在实验过程中出现了松动,则重力加速度计算值g=与实际值相比______(选填“偏大”、“偏小”或“相同”)
(3)单摆的周期公式T=2π是在摆角很小情况下的近似公式,实际上单摆的周期会随摆角的不同而变化,理论推导发现单摆在任意摆角θ时的周期公式可近似为:T′=T0[1+asin2(
)],式中T0为摆角接近于0°时的单摆周期,a是常数.为了用实验的方式验证该近似式,需要直接测量的物理量有______(请用式子中的符号表示);若某同学在实验中得到了如图所示的图线,则图象中的横轴应该取______.
正确答案
解析
解:(1)根据T=,解得
,可知图线的斜率表示
,可知计算图线斜率求解重力加速度测量值与实际值相同.
(2)根据重力加速度计算值g=知,发现细线上端在实验过程中出现了松动,知摆长的测量值偏小,则重力加速度的测量值偏小.
(3)根据T′=T0[1+asin2()],需要测量的物理量有T′和θ,由T′=T0[1+asin2(
)],若图象为图甲所示,应变形为sin
,所以图象横轴应为T′.
故答案为:(1)相同 (2)偏小 (3)T′和θ,T′
同实验桌的小王与小李两同学在做用单摆测定重力加速度的实验.
(1)小王同学先用20分度的游标卡尺测量摆球直径,示数如图(a)所示,则该摆球的直径d=______cm.
(2)接着他们测量了摆线的长度为l0,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(b)所示,则通过计算求重力加速度的表达式为______.
(3)他们通过改变摆线长度l0,测量了多组数据,在进行数据处理时,小王同学把摆线长l0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;小李同学作出T2-l0图象后求出斜率,然后算出重力加速度,两同学处理数据的方法对结果的影响是:小王______,小李______(选填“偏大”“偏小”或“无影响”).
正确答案
1.415
偏小
无影响
解析
解:①游标卡尺的读数=主尺+游标尺与主尺对齐的各数×精确度=14mm+3×0.05mm=14.15mm
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=L0+,
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,
重力加速度为: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=
=kT2,其中k=
,由此可见,L与T2成正比,k是比例常数;
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)1.415 cm (2) (3)偏小 无影响
在“用单摆测定重力加速度”的实验中:
(1)摆动时偏角α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全振动所用的时间,求出周期.图甲中秒表示数为一单摆全振动50次所经过的时间,则单摆振动周期为______s.
(2)用最小刻度为1mm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______cm.
(3)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=______.
正确答案
α<5°
低
2.01
99.70
解析
解:(1)小球的偏角α在很小(α<5°)时,小球的振动才近似看成简谐运动.在摆球经过最低点时开始计时,产生的时间误差较小.
由秒表读出时间t=90+12.50s=102.50s,则单摆的周期为T=s=2.01s;
(2)刻度尺的最小刻度为1mm,则由图乙读出悬点到球心之间的距离为0.9970m,则单摆摆长的测量值为L=0.9970m=99.70cm.
(3)单摆的周期公式T=得:g=
;
故答案为:(1)偏角小于5°、低、2.01;(2)99.70;(3)
在“探究单摆的周期和摆长的关系”的实验中:
(1)在测定单摆摆长时,下列的各项操作正确的是______.
A.取下摆线,测出摆线长度后再加上摆球半径
B.让单摆自由下垂,测出摆线长度再加上摆球半径
C.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
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
(2)有游标卡尺测量小球直径时卡尺示数如图所示,则小球的直径为______mm.
正确答案
D
20.5
解析
解:(1)测定单摆摆长时,先测出摆球的直径,然后固定单摆,让小球自然下垂,测出摆线的长度,摆长等于摆线的长度加上小球的半径.故D正确,A、B、C错误.
(2)游标卡尺的固定刻度读数为20mm,游标尺上第5个刻度游标读数为:0.1×5mm=0.5mm,
所以最终读数为:20mm+0.5mm=20.5 mm;
故答案为:(1)D;(2)20.5.
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