- 单摆
- 共2503题
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,摆球直径为D,然后用秒表记录了单摆振动n次全振动所用的时间为t.则:
(1)他测得的重力加速度表达式为g=______.
(2)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,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)摆线的长度为l=L+.
而周期为T=,
再根据单摆周期公式T=2,则有:g=
.
(2)A、将摆线拉得过紧,摆长偏大,则根据重力加速度的表达式g= 可知,测得的g值偏大.故A错误.
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,使周期变大了,由g= 可知,因不知道摆长变化,因此测得的g值偏小.故B正确.
C、开始计时时,秒表过迟按下,测得的时间偏小,周期偏小,则测得的g值偏大.故C错误.
D、实验中误将49次全振动数次数记为50次,由T=求出的周期偏小,测得的g值偏大.故D错误.
故选:B.
(3)根据重力加速度的表达式g= 可知,
T2-l图线斜率k=,
则g=.
故答案为:(1).(2)B;(3)
.
(1)用单摆测重力加速度的实验中,为使周期的测量尽可能准确,开始计时的位置应在单摆摆动到______(选填“最高点”或“最低点”).如果测量出摆球完成N次全振动的时间为t,则计算单摆周期的表达式T=______,这是应用了______(选填“比较法”、“放大法”、“替代法”、“转换法”)来减少测量的误差.
(2)正在铁路边工作的工人,听到一列火车的汽笛声,发现汽笛声的音调越来越高,这种现象在物理学中叫______,由此可判断这列火车正在______(选填“背离”、“向着”)他行驶.
正确答案
最低点
放大法
多普勒效应
向着
解析
解:为使周期的测量尽可能准确,开始计时的位置应在单摆摆动到最低点,摆球完成N次全振动的时间为t,则计算单摆周期的表达式T=,这是应用了放大法来减少测量的误差.
听到一列火车的汽笛声,发现汽笛声的音调越来越高,这种现象在物理学中叫多普勒效应,由此可判断这列火车正在 向着他行驶.
故答案为:最低点,,放大法,多普勒效应,向着
在“用单摆测定重力加速度”的实验中:
(1)用二十分度的游标卡尺测量摆球直径的结果如图1所示.则小球的直径为______mm.
(2)为了减小测量周期的误差,摆球应在经过最______(填“高”或“低”)点的位置时开始计时,并用秒表测量单摆完成多次全振动所用的时间求出周期.
(3)若用L表示摆长,单摆完成30次全振动所用时间为t,那么重力加速度的表达式为g=______.
(4)由单摆做简谐运动的周期公式得到g=4π2l/T2.只要测出多组单摆的摆长l和运动周期T,作出T2-l图象2,就可以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,某同学根据实验数据作出的图象如图所示.那么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
17.15
低
漏加小球半径
9.87
解析
解:(1)二十分度的游标卡尺精确度为0.05mm,主尺读数为17mm,副尺读数为3×0.05=0.15mm,故小球直径为17+0.15=17.15mm.
(2)摆球应在经过最低点时小球速度最快,此时计时产生的误差最小.
(3)单摆完成30次全振动所用时间为t,则单摆的周期为:,
由单摆周期公式可得:,
解得:.
(4)图象不通过坐标原点,将图象向右平移一点点就会通过坐标原点,故相同的周期下,摆长偏小,故可能是漏加小球半径;
由单摆周期公式可得:
,
即:,
图象斜率为k=,
结合图象可得:
,
解得:g=9.87m/s2.
故答案为:
(1)17.15;
(2)低;
(3);
(4)漏加小球半径;9.87.
如图1所示,科学家操控智能机器人在某星球上进行了一项科学实验,采用双线摆和光电计数器测定当地的重力加速度,已知每根悬线长为d,两悬点间相距s,金属小球半径为r,AB为光电计数器,现在将小球垂直于纸面向外拉动,使悬线偏离竖直方向一个较小的角度并由静止释放,同时启动光电计数器,当小球第一次经过图中虚线(光束)位置O时,由A射向B的光束被挡住,计数器计数一次,显示为“1”,同时计数器开始计时,然后每当小球经过O点时,计数器都计数一次,当计数器上显示的计数次数刚好为n时,所用的时间为t,由此可知:
①双线摆的振动周期T=______,双线摆的摆长为L=______.
②计算重力加速度g时,依据公式g=______代入周期T和等效摆长L的值即可求出重力加速度.
③科学家在实验中,测量5种不同摆长情况下单摆的振动周期,记录表格如下:
以T2为横坐标,L为纵坐标,在图2上作出L-T2图象,并利用此图象求得重力加速度g=______m/s2(保留两位有效数字)
正确答案
解析
解:由题意可知,时间t内,单摆完成全振动的次数为:,单摆的周期:T=
=
;
双线摆的等效摆长为:L=r+=
;
由单摆周期公式:T=2π可知,
变形的,L与T2成正比,为方便实验数据处理,L-T2是一条直线,探究T、L的关系应作出L-T2图象.如图
斜率为:=
解得:g=1.6m/s2
故答案为:
①
②
③1.6
下列说法正确的是:( )
正确答案
解析
解:A、在水中,由于红光的折射率比紫光折射率小,根据公式v=,在水中红光比紫光传播速度快,故A错误;
B、由于红光的折射率比绿光折射率小,根据全反射临界角公式C=arcsin,红光全反射临界角大于绿光,故绿光容易全反射,故B正确;
C、在利用单摆测量重力加速度的实验中,测量单摆的振动周期时,由于平衡位置速度最大,故为减小测量误差,计时起点从小球摆到最低点开始计时,故C正确;
D、偏振现象是横波特有的,故光的偏振现象说明光是横波,故D正确;
故选:BCD.
(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=______.如果测定了40次全振动的时间如图中秒表所示,那么秒表读数是______s.
(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
75.2
D
D
解析
解:(1)由单摆周期公式T=2π可知,重力加速度g=
;
由图示秒表可知,秒表分针示数是1min=60s,秒针示数是15.2s,则秒表示数t=60s+15.2s=75.2s;
(2)测单摆摆长时,应先测出小球直径,然后把单摆固定后,让小球自然下垂,用刻度尺量出摆线的长度,最后求出摆线长度与小球的半径之和,这就是单摆的摆长,故D正确.
(3)用秒表测出单摆完成n次全振动的时间t,则单摆的周期T=;
单摆摆长等于摆线长度l与摆球的半径r之和,即L=l+r;
由单摆周期公式T=2π,可知重力加速度:
g==
=
,
由g=可知:重力加速度的测量值与摆球质量无关,
与单摆的振幅无关,故AB错误;如果计算摆长时没有加上摆球的半径值,
则重力加速度的测量值偏小,不符合题意,故C错误;
如果将实际振动次数n次误记成(n+1)次,重力加速度的测量值偏大,符合题意,故D正确.
故答案为:(1);75.2;(2)D;(3)D.
(选修模块3-4)
利用单摆测量某地的重力加速度,现测得摆球质量为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),则该单摆的振动周期为______,该处的重力加速度g=______.
正确答案
解析
解:由摆球运动时位移随时间变化的规律为x=Asin(ωt+φ),知摆球的圆频率为ω,则单摆的周期T=.
根据T=解得,g=
.
故答案为:,ω2L
某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素.
(1)他组装单摆时,在摆线上端的悬点处,用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线,再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧,如图甲所示.这样做的目的是______(填字母代号).
A.保证摆动过程中摆长不变 B.可使周期测量得更加准确
C.需要改变摆长时便于调节 D.保证摆球在同一竖直平面内摆动
(2)他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下,用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度L=0.9990m,再用游标卡尺测量摆球直径,结果如图乙所示,则该摆球的直径为______mm.
(3)图丙振动图象真实地描述了对摆长约为1m的单摆进行周期测量的四种操作过程,图中横坐标原点表示计时开始,A、B、c均为30次全振动的图象,已知sin5°=0.087,sin15°=0.26,这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是______ (填字母代号).
正确答案
解析
解:(1)在摆线上端的悬点处,用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线,再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧,是为了防止动过程中摆长发生变化,如果需要改变摆长来探究摆长与周期关系时,方便调节摆长,故AC正确,
故选:AC
(2)游标卡尺示数为:d=12mm+0×0.1mm=12.0mm;
(3)当摆角小于等于5°时,我们认为小球做单摆运动,所以振幅约为:1×0.087m=8.7cm,当小球摆到最低点开始计时,误差较小,测量周期时要让小球做30-50次全振动,求平均值,所以A合乎实验要求且误差最小
故选:A
故答案为:①AC ②12.0 ③A
某同学在“利用单摆测定重力加速度”的实验中,测得摆线长为L,摆球直径为d,然后用秒表测得n次全振动的时间为t,则:
(1)重力加速度的表达式g=______.(用上述符号表示)
(2)若用最小分度为毫米的刻度尺测得摆线长为970.8mm,用10分度的游标卡尺测得摆球直径如图1,摆球的直径为______mm.单摆在竖直面内摆动,用秒表测出单摆做50次全振动所用的时间如图2,则t=______s,单摆的周期为______s.求得当地的重力加速度为______m/s2.(取π2=10)
(3)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、摆球在水平面内做圆周运动
C、摆线上端悬点未固定,振动过程中出现松动,摆线长度增加了
D、开始计时,秒表过迟按下.
正确答案
解析
解:(1)单摆摆长l=L+,单摆周期T=
,由单摆周期公式T=2π
可知,
g==
=
;
(2)由图示游标卡尺可知,主尺的示数是18mm,游标尺的示数是4×0.1mm=0.4mm,
则游标卡尺示数,即小球直径d=18mm+0.4mm=18.4mm;
由图示秒表可知,分针示数是1m=60s,秒针示数是40s,秒表示数是60s+40s=100.0s,单摆周期T==
=2.0s;
单摆摆长l=L+=970.8mm+
=980mm=0.98m,重力加速度g=
=
=9.8m/s2;
(3)由g==
可知:
A、测摆线长时摆线拉得过紧,摆长偏大,所测重力加速度偏大,不符合题意;
B、摆球在水平面内做圆周运动,成为圆锥摆,摆的摆长为(L+)cosθ,
θ是摆的偏角,单摆摆长偏小,所测重力加速度偏小,符合题意;
C、摆线上端悬点未固定,振动过程中出现松动,摆线长度增加了,所测重力加速度偏大,不符合题意;
D、开始计时,秒表过迟按下,所测时间t偏小,所测重力加速度偏大,不符合题意;
如果他测得的g值偏小,可能的原因是:B、摆球在水平面内做圆周运动;
故答案为:(1);(2)18.4;100.0;2.0;9.8;(3)B.
在一次组装陀螺仪模型的科技活动中,有位同学想通过下面的实验寻找小陀螺重心位置:用一轻细线一端系在小陀螺上,将其悬挂起来,近似将其当作单摆处理,如图甲所示.先用米尺量出悬点到小陀螺下端的距离L,然后将小陀螺拉离平衡位置一个小角度由静止释放,测出其30次全振动的时间,算出振动周期T.改变悬线长并重复上面操作,得到多组L、T的数据,作出L-T2图象如图乙所示.由图可得小陀螺的重心到其下端的距离为______cm;同时可测得当地重力加速度大小为______m/s2.(π2≈10,保留2位有效数字)
正确答案
解析
解:由图可以读出小铁锁重心到其下端的距离为图象与L轴的截距,即d=5.0cm;
根据T=2π
解得:L= T2,所以斜率表示
.
即=
=0.24
解得:g=9.6 m/s2.
故答案为:5.0 cm;9.6.
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