- 单摆
- 共2503题
在“用单摆测重力加速度”的实验中,某同学的操作步骤为:
(1)取一根细线,下端系住直径为d的金属小球,上端固定在铁架台上;
(2)用米尺量得细线长度l;
(3)在摆线偏离竖直方向5°位置释放小球;
(4)用秒表记录小球完成n次全振动的总时间t;
下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、因为在计算摆长时,用的是细线的长度计算的,加上球的半径.故A错误,B正确,
C、周期即为T=,故C错误,D正确.
故选:BD.
某同学在用单摆测定重力加速度时,由于摆球质量分布不均匀,无法确定其重心位置.他第一次取悬线长为l1,测得单摆振动周期为T1;第二次取悬线长为l2,测得振动周期为T2.由此可计算出重力加速度 g 为______.(g用测得量表示)
正确答案
解析
解: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=2得:
T1=2…①
T2=2π…②
联立两式解得:
g=
故答案为:
(B组)利用传感器和计算机可以测量快速变化的力,如图所示是用这种方法获得的弹性绳中拉力随时间变化的图线.实验时,把小球提到绳子的悬点O处,然后让小球自由下落.从图线提供的信息,判断以下说法正确的是( )
(A)t1时刻小球速度最大;
(B)t2时刻绳子最长;
(C)t3时刻小球动能最小;
(D)以上说法都不正确.
正确答案
解析
解:A:通过图可以知道,小球在t1-t3的时间内受到绳子的拉力,从t1开始,小球受到的合力是:F合=mg-F,所以小球做加速度减小的加速运动.当拉力等于重力的时候,小球的速度达到最大.故A错误;
B:小球的速度达到最大之后小球开始减速,在t2时小球的速度是0,绳子对它的拉力最大,绳子最长.故B正确,C错误;D错误.
故选:B;
某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的实验中:
(1)用螺旋测微器测得摆球的直径,测量结果如图所示,则该摆球的直径为______mm.
(2)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.把单摆从平衡位置拉开30°的摆角,并在释放摆球的同时开始计时
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.选择密度较小的摆球,测得的重力加速度值误差较小.
正确答案
解析
解:①由图示螺旋测微器可知,其示数为:5.5mm+48.0×0.01mm=5.980mm
②解:A、单摆经过平衡位置的速度最大,在平衡位置计时误差最小.故A错误.
B、摆球在一个周期内两次经过平衡位置,测量摆球通过最低点100次的时间t,则单摆的周期T=.故B错误.
C、摆长等于悬点到摆球球心的距离,用悬线的长度加摆球的直径作为摆长,测量的摆长偏大,根据g=知,测量的重力加速度偏大.故C正确.
D、为减小实验误差因,应选择密度较大的摆球.故D错误.
故选:C
故答案为:(1)5.980 (2)C
在“测量重力加速度”的实验中,某同学利用图1中的装置得到了几条较为理想的纸带.由于不小心,纸带都被撕断了,如图2所示.已知每条纸带上每5个点取一个计数点,即两计数点之间的时间间隔为0.1s,依打点先后编为0,1,2,3,4,….根据给出的A、B、C、D四段纸带回答:
(1)在B、C、D三段纸带中,与纸带A属于同一条的应该是______(填字母);
(2)打纸带A上点1时重物的速度是______m/s(保留三位有效数字);
(3)当地的重力加速度大小是______m/s2(保留三位有效数字).
(4)该地区的地形可能为______(填“高山”或“盆地”).
正确答案
解析
解:①△x=x12-x01=39.2cm-30.2cm=9cm
x34=x12+2△x=39.2cm+2×9cm=57.2cm
故选:C;
②匀变速直线运动某段时间中间瞬时速度,故v1==
m/s=3.47m/s
③由△x=aT2,得到:a==
m/s2=9.00m/s2
重力加速度与高度和纬度有关,随高度增大减小,故一定是在高山上;
故答案为:①C; ②3.47;③9.00,高山.
某同学用单摆测重力加速度,
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1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(如图2)从悬点量到摆球的最低端的长度L=______m,再用游标卡尺(如图3)测量摆球直径D=______m,再测定了40次全振动的时间t=______s,则单摆摆长l=______m,重力加速度g=______m/s2.③如果测得的g值偏小,可能的原因是______(填写代号).
A.测摆长时,忘记了摆球的半径
B.摆线上端悬点未固定,振动中出现松动,使摆线长度增加了
C.开始计时时,秒表过早按下
D.实验中误将39次全振动次数记为40次
④下列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毫米刻度尺读数:L=88.40cm=0.8840m;
游标卡尺示数为:d=12mm+0×0.1mm=12.0mm=0.0120m;
秒表读数:60+15.2=75.2s
单摆摆长为:L=l-=0.8840m-0.0120m=0.8720m;
根据单摆的周期公式T=2π,有:g=
=
=0.973m/s2
③根据单摆的周期公式T=2π,有:g=
;
A、测摆长时,忘记了摆球的半径,摆长测量值L偏小,故重力加速度的测量值偏小,故A正确;
B、摆线上端悬点未固定,振动中出现松动,使摆线长度增加了,对于实际单摆,摆长的测量值偏小,故重力加速度的测量值偏小,故B正确;
C、开始计时时,秒表过早按下,周期测量值偏大,故重力加速度的测量值偏小,故C正确;
D、实验中误将39次全振动次数记为40次,周期测量值偏小,故重力加速度的测量值偏大,故D错误;
故选:ABC.
④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;故C错误;
当小球摆到最低点开始计时,误差较小;故B错误;
测量周期时要让小球做30-50次全振动,求平均值;故D错误;
所以A合乎实验要求且误差最小;
故选:A.
故答案为:
①AC;
②0.8840,0.0120,75.2,0.8720,9.73;
③ABC;
④A.
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t 2;
G.以t 2 为纵坐标、l为横坐标,作出t 2-l图线.
结合上述实验,完成下列任务:
①用游标为10分度(测量值可准确到0.1mm)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t 2-l图线如图3所示.根据图线拟合得到方程t 2=404.0l+3.5.由此可以得出当地的重力加速度g=______m/s2.(取π 2=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t 2-l图线,而应作t-l图线;
D.不应作t 2-l图线,而应作t 2-(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=2π可得:t2=
l,
由图象得到的方程为:t2=404.0l+3.5,
则=404.0,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,故选D;
故答案为:①1.52;②9.76;③D.
将一测力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力.图甲中O点为单摆的固定悬点,现将小摆球(可视为质点)拉至A点,此时细线处于张紧状态,释放摆球,则摆球将在竖直平面内的A、B、C之间来回摆动,其中B点为运动中的最低位置,∠AOB=∠COB=θ,θ小于5°且是未知量.图乙表示由计算机得到的细线对摆球的拉力大小F随时间t变化的曲线,且图中t=0时刻为摆球从A点开始运动的时刻.试根据力学规律和题中(包括图中)所给的信息求:(g取10m/s2)
(1)单摆的振动周期和摆长;
(2)摆球的质量;
(3)摆球运动过程中的最大速度.
正确答案
解析
解:(1)由图1可知周期 T=0.4π s
由
有 L=
解得:L=0.4 m
(2)在 B 点拉力最大,Fmax=0.510N,有:
Fmax-mg=m ①
在 A 和 C 点拉力最小:
Fmin=0.495N
有:
Fmin=mgcosθ ②
从 A 到 B 的过程中摆球的机械能守恒,有:
mgL(1-cosθ)=mv2 ③
由①②③式消去cosθ 和 v2,有:
m=
代入数据得:m=0.05 kg
(3)由①式解得:
v=0.283 m/s
答:(1)单摆的振动周期为0.4π s,摆长为0.4 m;
(2)摆球的质量为0.05 kg;
(3)摆球运动过程中的最大速度为0.283m/s.
(2016•四川模拟)某同学做“用单摆测定重力加速度”的实验时:
(1)如果他测得的g值偏小,可能的原因是______.
A.测摆线长时测了悬线的总长度
B.摆线上端未牢固地系于悬点,振动中出现松动,摆线长度增加了,使周期变大了
C.开始计时时,秒表过迟按下.
D.实验中误将49次全振动数次数记为50次
(2)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T2的数据如图1所示,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为k,则重力加速度g=______.(用k表示)
(3)此同学用游标卡尺测一小球直径如图2,已知游标尺为20等份,则读数应为______.
正确答案
解析
解:(1)A、测摆线长时测了悬线的总长度,测得摆长偏大,
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,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.
(2)根据重力加速度的表达式g= 可知,T2-l图线斜率k=
,则g=
.
(3)游标卡尺的固定刻度读数为24mm,游标尺上第0个刻度游标读数为:0.05×4mm=0.20mm,
所以最终读数为:24mm+0.20mm=24.20 mm;
故答案为:(1)B;(2);(3)24.20 mm.
利用单摆测重力加速度的实验中,如果偏角小于50,但测出的重力加速度的数值偏大,可能原因是______
A.振幅较小 B.测摆长时,只量出摆线的长度,没有从悬挂点量到摆球中心 C.数振动次数时,少计了一次 D.数振动次数时,多计了一次.
正确答案
D
解析
解:由单摆的周期公式T=2得,g=
A、由单摆的周期公式看出,周期与振幅无关,则测量的重力加速度的数值与振幅也无关.故A错误.
B、测摆长时,只量出摆线的长度,没有从悬挂点量到摆球中心,摆长l测量值偏小,由g=算出的g应偏小.故B错误.
C、数振动次数时,少计了一次,则由T=求出的周期T偏大,由g=
算出的g应偏小.故C错误.
D、数振动次数时,多计了一次,则由T=求出的周期T偏小,由g=
算出的g应偏大.故D正确.
故选D
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