- 单摆
- 共2503题
有一测量微小时间差的装置,是由两个摆长略有微小差别的单摆同轴水平悬挂构成.两个单摆摆动平面前后相互平行.
(1)现测得两单摆完成 50次全振动的时间分别为 50.0s和 49.0s,则两单摆的周期差△T=______s;
(2)某同学利用此装置测量小于单摆周期的微小时间差,具体操作如下:把两摆球向右拉至相同的摆角处,先释放长摆摆球,接着再释放短摆摆球,测得短摆经过若干次全振动后,两摆恰好第一次同时同方向通过某位置,由此可得出释放两摆的微小时间差.若测得释放两摆的时间差△t=0.165s,则在短摆释放______s(填时间)后,两摆恰好第一次同时向______(填方向)通过______(填位置);
(3)若在利用单摆测当地重力加速度时,不慎形成了圆锥摆,如图所示.则所测得的重力加速度较真实值是______(填偏大、偏小)
正确答案
解析
解:(1)两单摆的周期差△T=T1-T2=-
=0.02s;
(2)设长摆运动时间为t,ω1t=ω2(t-△t),
即:t=
(t-△t),则(T1-T2)t=△t,
0.02t=0.165,解得:t=8.25s,
摆的周期为T1=1s,长摆的振动次数为8.25,此时摆球由平衡位置向左运动,
短摆运动时间为8.25-0.165=8.085s.
(3)如果单摆在摆动时成为圆锥摆,在单摆的有效摆长变短,单摆周期T变小,
由单摆周期公式:T=2π可得:g=
,由于周期偏小,则所测重力加速度g偏大.
故答案为:(1)0.02;(2)8.085;左;平衡位置;(3)偏大.
小霞同学在《探究单摆周期与摆长的关系》的学生实验中:
(1)在测摆长时先用一游标卡尺来测量摆球直径,卡尺示数如图1所示,则该摆球的直径是______cm.
(2)在测单摆的周期时,某次秒表计时得到时间如图2所示,则其读数为______s.
(3)该同学实验中测量不同摆长(即悬点到摆球球心的距离)与单摆的振动周期的对应情况如表,请分析该同学的实验数据,猜测周期T和摆长L的关系可能是______.
除了分析实验数据,还可以用作图象的方法探究T和L的关系.在表中,再加一行,算出______,在给出的图3坐标纸上请自己设计横轴、纵轴所表示的物理量及标度值,画出______图象,在坐标纸上作出图象,发现该图象是一条______,则可得出______.
正确答案
解析
解:(1)主尺:11mm,游标尺对齐格数:第1格,读数:1×0.1=0.1mm,所以直径为:11+0.1=11.1mm=1.11cm;
(2)秒表小圈刻度示数为2分钟,大圈示数为7.6s,故读数为:120+7.6=127.6s;
(3)通过表中数据计算可以发现,单摆的周期与摆长的二次方根成正比也即:T2∝L;故可以再算出T2的值,做出T2-L图象,若该图象是一条过原点的正比例函数,则可得出T2∝L.
故答案为:(1)1.11;(2)127.6;(3)T2∝L;T2,T2-L图象;是一条过原点的正比例线;T2∝L.
某同学在做“利用单摆测重力加速度”的实验中,先测得摆线长为L0=98.06cm;用50分度的游标卡尺(测量值可准确到0.02mm)测得摆球的直径读数如图1所示;然后用秒表记录了单摆振动n=50次所用的时间为t=99.9s.
①游标卡尺的读数是d=______cm,用以上直接测量的物理量表示重力加速度的计算式为g=______(用符号表示,不代入具体数据).
②如果他测得的g值偏小,可能的原因是______(填选项前的字母标号)
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,秒表过迟按下
D.实验中误将49次全振动数为50次
③为了提高测量精度,某同学多次改变摆长L的值并测得相应的周期T值,并把测得的七组数据标示在以L为横坐标、T2为纵坐标的坐标纸上,即图中用“.”表示的点.作出T2与 L的关系图线如图2所示.若图线的斜率为k,则根据图线求出的重力加速度的表达式为g=______,代入数据计算结果g=______m/s2.(结果保留三位有效数字)
正确答案
解析
解:①游标卡尺的主尺读数为20mm,游标读数为0×0.02mm=0.00mm,则最终读数为20.00mm=2.000cm,即摆球的直径为d=2.000cm.
摆长等于摆线的长度与摆球的半径之和,L=98.06cm+1.000cm=99.060cm.
单摆的周期为:T=.
根据单摆的周期公式T=得:g=
=
,
②A、测摆线时摆线拉得过紧,则摆长的测量值偏大,则重力加速度的测量值偏大.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,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、开始计时,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、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.
③根据T=得,T2=
,则图线的斜率k=
=
,解得g=9.77m/s2.
答:①99.06;②B;③
;9.77(9.75~9.78)
在做“利用单摆测重力加速度”实验中,某同学先测得摆线长为89.2cm,摆球直径2.065cm,然后用秒表记录了单摆振动30次全振动所用的时间如图1所示,则
(1)该单摆的摆长为______cm(保留三位有效数字),秒表的示读数为______s.
(2)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,T2=______(用字母表示),再以l为横坐标,T2为纵坐标,将所得数据连成直线如图2所示,则测得的重力加速度g=______(保留3位有效数字)
正确答案
90.2
57.4
9.86m/s2
解析
解:(1)单摆的摆长L=摆线长+球的半径=89.2+=90.2cm,
由图1所示秒表可知,分针示数是0.5min=30s,
秒针示数27.4s,秒表示数30s+27.4s=57.4s
(2)单摆的周期公式T=2π,得T2=
l,所以图象的斜率表示 K=
由图知K=4,则:g==9.86m/s2.
故答案为:
(1)90.2;57.4;
(2);9.86m/s2
(2015秋•台州校级月考)在探究单摆周期与摆长关系的实验中
(1)关于安装仪器及测时的一些实验操作,下列说法中正确的是______.
A.用米尺测出摆线的长度,记为摆长l
B.先将摆球和摆线放在水平桌面上测量摆长l,再将单摆悬挂在铁架台上
C.使摆线偏离竖直方向某一角度α(接近5°),然后静止释放摆球
D.测出摆球两次通过最低点的时间间隔记为此单摆振动的周期
(2)实验测得的数据如表所示.
请将笫三次的测量数据标在图中,并在图中作出T2随l变化的关系图象.
(3)根据数据及图象可知单摆的周期与摆长的关系是______.
(4)根据图象,可求得当地的重力加速度为______m/s2.(π取3.14,结果保留3位有效数字)
正确答案
解析
解:(1)A、摆长等于摆线的长度加上摆球的半径之和,故A错误.
B、测量摆长时,应将摆球悬挂在铁架台上,然后进行测量,故B错误.
C、使摆线偏离竖直方向某一角度α(接近5°),然后静止释放摆球,故C正确.
D、摆球一个周期内两次经过最低点,所以周期等于两次通过最低点时间间隔的2倍,故D错误.
故选:C.
(2)T2随l变化的关系图象如图所示.
(3)由图象可知,T2=4L;
则周期的平方与摆长成正比.
(4)根据T=得,
,则图线的斜率k=
=
,解得g=9.86m/s2.
故答案为:(1)C (2)见答图1;
(3)周期的平方与摆长成正比;
(4)9.86
某同学利用单摆测定当地的重力加速度.
①实验室已经提供的器材有:铁架台、夹子、秒表、游标卡尺.除此之外,还需要的器材有______.
A.长度约为1m的细线B.长度约为30cm的细线
C.直径约为2cm的钢球D.直径约为2cm的木球
E.最小刻度为1cm的直尺F.最小刻度为1mm的直尺
②该同学在测量单摆的周期时,他用秒表记下了单摆做50次全振动的时间,如图1所示,秒表的读数为______s.
③该同学经测量得到6组摆长L和对应的周期T,画出L-T2图线,然后在图线上选取A、B两个点,坐标如图2所示.则当地重力加速度的表达式g=______.处理完数据后,该同学发现在计算摆长时用的是摆线长度而未计入小球的半径,这样______(选填“影响”或“不影响”)重力加速度的计算.
④该同学做完实验后,为使重力加速度的测量结果更加准确,他认为:
A.在摆球运动的过程中,必须保证悬点固定
B.摆线偏离平衡位置的角度不能太大
C.用精度更高的游标卡尺测量摆球的直径
D.测量周期时应该从摆球运动到最高点时开始计时
其中合理的有______.
⑤该同学在做完实验后,继续思考测量重力加速度的其它方法.请你展开想像的翅膀,再设计一个方案测量重力加速度.(简要说明需要的器材以及测量方法)______.
正确答案
解析
解:(1)由单摆周期公式T=2π 可得,g=
L,实验需要测量摆长,摆长等于摆线的长度加上摆球的半径,所以需要毫米刻度尺,实验需要测量周期,则需要秒表,摆线的长度大约1m左右.为减小空气阻力的影响,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、F
(2)秒表表示读数:内圈读数:60s,外圈读数35.1s,总读数为:t=60s+35.1s=95.1s;
(3)由T=2π 可得:L=
T2,则 L-T2图象的斜率等于
,由数学知识得:
=
=
解得:g=
根据数学知识,在计算摆长时用的是摆线长度而未计入小球的半径,这样不影响重力加速度的计算.
(4)由T=2π 可得:g=
l,则当代入的L偏小,会使测量值偏小,B符合;秒表提前按下T值偏大会使计算的g值偏小,C符合;,D使得T值偏小
g测量值偏大,则D错误,A不是单摆运动,错误
故选:BC根据实验注意事项与实验原理分析,AB正确,CD错误
⑤【方案一】
需要的器材有:质量已知的钩码、测力计.
测量方法:已知钩码的质量m,再用测力计测出其重力G,则可求出重力加速度.
【方案二】
需要的器材有:铁架台、打点计时器及相应的电源、导线、纸带、刻度尺、重锤.
测量方法:让重锤拖着纸带做自由落体运动,通过打点计时器在纸带上记录的信息可求得重力加速度.
故答案为:(1)ACF
②95.1
③ 不影响
④AB
⑤【方案一】
需要的器材有:质量已知的钩码、测力计.
测量方法:已知钩码的质量m,再用测力计测出其重力G,则可求出重力加速度.
【方案二】
需要的器材有:铁架台、打点计时器及相应的电源、导线、纸带、刻度尺、重锤.
测量方法:让重锤拖着纸带做自由落体运动,通过打点计时器在纸带上记录的信息可求得重力加速度.
登山运动员登上一无名高峰,但不知此山的高度,他们想迅速估测出高峰的海拔高度,于是他们利用所带的轻质绳子,系着山上不太规则的石子,做成简易单摆,用小钢卷尺来测绳子的长度L,用手表来测振动周期T,他们根据学过的物理知识很快就测出了此高峰的海拔高度.(地球表面的重力加速度g和地球半径R可作为已知条件.)
(1)他们至少要做______次实验,才能得到想要的数据;
(2)他们需要测量的数据是______;
(3)他们推导出的计算高峰的海拔高度的计算式是______.
正确答案
解析
解:(1)为了更准确的求出g值,他们至少做两次实验,求平均值.
(2)用绳子和小石块做两个摆长分别为l1、l2的单摆,测出他们在山顶的周期T1、T2
根据T=,解得:g′=
①
根据万有引力提供向心力公式得:
G ②
G ③
由①②③解得:
h=
故答案为:两;两个单摆的摆长分l1、l2,测出他们在山顶的周期T1、T2;h=
(1)某中学物理兴趣小组的同学,打算用单摆测定当地重力加速度.
(1)若该单摆的摆长为l,用秒表测出单摆完成n次全振动所用时间为t,那么,重力加速度g=______(用相关字母表示).
(2)现有一位同学在实验时測出了多组单摆的摆长l和振动周期T,作出了 T2-l图象,从理论上看T2-i图象是一条经过坐标原点的直线,但该同学根据实验的数据作出的图象如图1所示.那么:
①造成该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,结果保留三位有效数字).
(II)如图2所示,为某电阻的阻值R随摄氏温度t变化的关系图象,图中R0表示0℃时的电阻,k表示图线的斜率.若用该电阻R与电池(E、r)、内阻为Rg的电流表(零刻线在左边)、滑动变阻器R‘串联起来,连接成如图3所示的电路,用该电阻R做测温探头,把电流表的电流刻度线改为相应的温度刻度线,于是就得到了一个简单的“电阻测温计“,不计电阻自身发热的影响.则:
(1)使用“电阻测温计“前,先要把电流表的刻度值改为相应的温度刻度值,若温度t1<t2,则t1的刻度线应在t2的刻度线的______(选填“左”、“右”)侧;
(2)在标识“电阻测温计”的温度刻度时,需要弄清所测温度和电流的对应关系,那么,温度t与电流I之间的关系式为t=______(用题中的物理量的字母表示);
(3)利用温度和电流的对应关系计箅温度时,需要知道电流表的内阻Rg,现要比较精确地测量电流表的内阻Rk(约为200Ω,实验室备有下列可供选用的器材:
A.电阻箱 R1 (0-99.99Ω) B.电阻箱.R2(0-999.9Ω);
C.变阻器 R3(0-20Ω)D.变阻器 R4(0-20kΩ)
此外,还有电动势合适的电源、两个开关、若干导线等.
①在虚线框内设计一个用“半偏法“测量电流表内阻Rg的电路;
②在这个实验电路中,电阻箱应选______;变阻器应选______(用器材前的字母表示);
(4)用“半偏法“测得的电流表内阻是______.由此因素造成的温度的测量值是______(这两空均选填“偏大”或“偏小”).
正确答案
解析
解:(Ⅰ)(1)周期T=,由周期公式T=2π
可求出重力加速度
g=
故答案为;
(2)①结合周期公式可知,摆长测量值偏短
故答案为:小球的半径未计入摆长;
②由周期公式T=2π可知,T2-L图象的斜率为
=4
解得
g=π2=9.87
故答案为:9.87;
(Ⅱ)(1)温度降低,电阻变小,电流变大,电流表零刻线在左边
故答案为:向右;
(2)根据闭合电路欧姆定律和感温电阻的阻值R随摄氏温度t变化的关系图象联合列式
E=I(r+R+Rg+R′)
R=R0+kt
解得
t=
故答案为:;
(3)用半偏法测量电流表内阻,滑动变阻器电阻值远大于电流表电阻值,电路如图
(4)用“半偏法“测量时,电路总电流在接入电阻箱后变大,故电流表的电流略小于电阻箱的电流,故电流表内阻略大于电阻箱电阻,即电流表内阻测量值偏小,因而结合第(2)问结论可知温度测量值偏大
故答案为:偏小,偏大.
在用单摆测重力加速度的实验中
(1)为了比较准确地测量出当地的重力加速度值,应选用下列所给器材中的哪些?将所选用的器材的字母填在题后的横线上.
(A)长1m左右的细绳;(B)长30m左右的细绳;(C)直径2cm的铅球;(D)直径2cm的铁球;(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.
所选择的器材______.
(2)实验时摆线与竖直方向的夹角不超过______
(3)某同学测出不同摆长时对应的周期T,作出T2-L图线,如图所示,再利用图线上任两点A、B的坐标(x1,y1)、(x2,y2),可求得g=______.若该同学测摆长时漏加了小球半径,而其它测量、计算均无误,也不考虑实验误差,则用上述方法算得的g值和真实值相比是______的(选填“偏大”、“偏小”或“不变”).
正确答案
解析
解:(1)A、B、单摆模型中,小球视为质点,故摆线越长,测量误差越小,故A正确,B错误;
C、D、摆球密度要大,体积要小,空气阻力的影响才小,故C错误,D正确;
E、F、秒表可以控制开始计时和结束计时的时刻,故E正确,F错误;
G、H、刻度尺的最小分度越小,读数越精确,故G错误,H正确;故选ADEH;
(2)实验时摆线与竖直方向的夹角不超过5°.
(3)根据T=得:
,知图线的斜率为:k=
,解得:g=
.
通过g的表达式可以知道,漏加了小球半径后,(y2-y1)不变,故不影响最后结果.
故答案为:(1)ADEH,(2)5°,(3),不变.
甲、乙两同学分别用不同的装置测当地的重力加速度.
(1)甲同学用打点计时器测重力加速度(如图1所示),经正确操作后得到一条纸带,将打的第一个点记为计数点0,在纸带上每隔一个点选一个计数点,依次标为计数点1、2、3、4、5、6,交流电的频率为50Hz,测量各个计数点到0点的距离d,记入下表中.
①在提供的坐标纸上作出规范的-t图象2.
②根据图象求得g=______m/s2.(取3位有效数字)
(2)乙同学利用光电门测自由落体运动中的加速度.如图3所示,用铁架台固定竖直长木板,光电门A、B分别固定在长木板上,AB相距S=41cm;现从光电门A上方某高度静止释放一个小球,其直径d用20分度的游标卡尺测出,游标卡尺的示数如图4所示.小球通过A、B的时间分别为△t1=1.05×10-2s、△t2=3.50×10-3s.
①由图4所示,读出小球直d=______mm;
②物体运动的加速度a=______m/s2;(计算结果取三位有效数字)
正确答案
解析
解:(1)①使用描点法首先描点,然后连线如图;
②由图线可求得斜率为:,
因为,即
,
故,g=9.68m/s2.
(2)①20分度的游标卡尺的精确度为0.05mm,主尺读数为10mm,游标第10条刻线对的最齐,由游标卡尺的读数规则可读出d=10.50mm;
②本实验中利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,故可以求出A、B的瞬时速度:m/s,
m/s,
再由匀加速直线运动规律:,
解得: m/s2.
故答案为:(1)①如图;②9.68;(2)①10.50;②9.76
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