- 单摆
- 共2503题
(1)在“用单摆测重力加速度”的实验中,下列措施中可以提高实验精度的是______.
A.选细线做为摆线
B.单摆摆动时保持摆线在同一竖直平面内
C.拴好摆球后,令其自然下垂时测量摆长
D.计时起止时刻,选在最大摆角处
(2)如果测得的g值偏小,可能的原因是______.
A.测摆线长时摆线拉得过紧
B.摆线上端悬点末固定,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如图所示,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:A、为减小空气阻力的影响,应选细线做为摆线,故A正确.
B、由于单摆与圆锥摆的周期不同,所以单摆摆动时必须保持摆线在同一竖直平面内,不能形成圆锥摆.故B正确.
C、由于细线有伸缩性,所以应拴好摆球后,令其自然下垂时测量悬点到球心的距离作为摆长,故C正确.
D、摆球经过平衡位置时,速度最大,相同的距离误差引起的时间误差最小,故应从平衡位置开始计时,故D错误.
故选:ABC.
(2)根据单摆的周期公式,解得:g=
,
A、测摆线长时摆线拉得过紧,则摆长的测量值偏大,导致重力加速度的测量值偏大.故A错误.
B、摆线上端悬点末固定,振动中出现松动,使摆线长度增加了,则摆长的测量值偏小,导致重力加速度的测量值偏小,故B正确.
C、开始计时时,秒表过迟按下,则周期的测量值偏小,导致重力加速度的测量值偏大,故C错误.
D、实验中误将49次全振动记为50次,则周期的测量值偏小,导致重力加速度的测量值偏大,故D错误.
故选:B.
(3)根据,得
,
则图线的斜率k=,解得重力加速度g=
.
故答案为:(1)ABC;(2)B;(3).
解析
解:A、为减小空气阻力的影响,应选细线做为摆线,故A正确.
B、由于单摆与圆锥摆的周期不同,所以单摆摆动时必须保持摆线在同一竖直平面内,不能形成圆锥摆.故B正确.
C、由于细线有伸缩性,所以应拴好摆球后,令其自然下垂时测量悬点到球心的距离作为摆长,故C正确.
D、摆球经过平衡位置时,速度最大,相同的距离误差引起的时间误差最小,故应从平衡位置开始计时,故D错误.
故选:ABC.
(2)根据单摆的周期公式,解得:g=
,
A、测摆线长时摆线拉得过紧,则摆长的测量值偏大,导致重力加速度的测量值偏大.故A错误.
B、摆线上端悬点末固定,振动中出现松动,使摆线长度增加了,则摆长的测量值偏小,导致重力加速度的测量值偏小,故B正确.
C、开始计时时,秒表过迟按下,则周期的测量值偏小,导致重力加速度的测量值偏大,故C错误.
D、实验中误将49次全振动记为50次,则周期的测量值偏小,导致重力加速度的测量值偏大,故D错误.
故选:B.
(3)根据,得
,
则图线的斜率k=,解得重力加速度g=
.
故答案为:(1)ABC;(2)B;(3).
将一单摆装置竖直挂于某一深度h(未知)且开口向下的小筒中(单摆的下部分露于筒外),如图甲所示,将悬线拉离平衡位置一个小角度后由静止释放,设单摆振动过程中悬线不会碰到筒壁,测量出筒的下端口到摆球球心的距离l,并通过改变l而测出对应的周期T,再以T2为纵轴、l为横轴作出函数关系图象,那么就可以通过此图象得出小筒的深度h和当地的重力加速度.(取π2=9.86)
(1)如果实验中所得到的T2-l关系图象如图乙所示,那么正确的图象应是a、b、c中的______.
(2)由图象可知,小筒的深度h=______m,当地的重力加速度g=______m/s2.
正确答案
解:(1)由单摆周期公式得T=2π
得到:T2=
当l=0时,T2=>0
所以真正的图象是a
(3)当T2=0时,L=-h,即图象与L轴交点坐标.
h=-L=30cm=0.30m
图线的斜率大小k=
由图,根据数学知识得到k==4
解得g=9.86m/s2
故答案为:(1)a;(2)0.30,9.86.
解析
解:(1)由单摆周期公式得T=2π
得到:T2=
当l=0时,T2=>0
所以真正的图象是a
(3)当T2=0时,L=-h,即图象与L轴交点坐标.
h=-L=30cm=0.30m
图线的斜率大小k=
由图,根据数学知识得到k==4
解得g=9.86m/s2
故答案为:(1)a;(2)0.30,9.86.
在用单摆测重力加速度的实验中:
(1)实验时必须控制摆角,若摆长为1.2m,则要将摆球拉至离平衡位置约______m处释放.
(2)某同学实验时改变摆长,测出几组摆长L和对应的周期T的数 据,作出T2-L图线,如图所示.利用图线上任两点A、B的坐标(x1,y1)、(x2,y2),便可求得重力加速度g=______.
(3)作T2-L图线解决物理问题,可以提示我们:若摆球的质量分布 不均匀,对测量结果将______.
正确答案
解:
(1))单摆模型是一种理想化的模型,只有在摆动角度小于5°(或10°)的范围内,其运动才近似为简谐运动,
所以tan10°=
解得:x=0.1m
(2)由周期公式T=,可得
L=
代入数据可得
g=
(3)通过第(2)问的结论可以知道,若摆球的质量分布不均匀,(x2-x1)及(y2-y1)不变,故不影响最后结果.
故答案为:0.1,,不会有影响
解析
解:
(1))单摆模型是一种理想化的模型,只有在摆动角度小于5°(或10°)的范围内,其运动才近似为简谐运动,
所以tan10°=
解得:x=0.1m
(2)由周期公式T=,可得
L=
代入数据可得
g=
(3)通过第(2)问的结论可以知道,若摆球的质量分布不均匀,(x2-x1)及(y2-y1)不变,故不影响最后结果.
故答案为:0.1,,不会有影响
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t2;
G.以t2为纵坐标、L为横坐标,作出t2-L图线.
结合上述实验,完成下列任务:
(1)用游标为10分度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t2-L图线如图3所示.根据图线拟合得到方程t2=404.0L+3.0.由此可以得出当地的重力加速度g=______m/s2.(取π2=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t2-L图线,而应作t-L图线;
D.不应作t2-L图线,而应作t2-(L+d)图线.
正确答案
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=可得:t2=
,
由图象得到的方程为:t2=404.0l+3.5,
则,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,ABC错误;
故答案为:(1)1.52,(2)9.76,(3)D
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=可得:t2=
,
由图象得到的方程为:t2=404.0l+3.5,
则,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,ABC错误;
故答案为:(1)1.52,(2)9.76,(3)D
某同学在“用单摆测重力加速度”的实验中进行了如下的操作;
(1)用游标上有10个小格的游标卡尺测量摆球直径如图(甲)所示,摆球直径为______cm.把摆球用细线悬挂在铁架台上,测量摆线长,通过计算得到摆长L.
(2)用秒表测量单摆的周期.当单摆摆动稳定且到达最低点时开始计时并记为n=0,单摆每经过最低点记一次数,当数到n=60时秒表的示数如图(乙)所示,该单摆的周期T=______s(结果保留三位有效数字).
(3)测量出多组周期T、摆长L数值后,画出T2-L图象如图(丙),此图线斜率的物理意义是______
A.g B. C.
D.
(4)与重力加速度的真实值比较,发现测量结果偏大,分析原因可能是______
A.振幅偏小 B.在单摆未悬挂之前先测定其摆长
C.将摆线长当成了摆长 D.开始计时误记为n=1
(5)该小组的另一同学没有使用游标卡尺也测出了重力加速度.他采用的方法是:先测出一摆线较长的单摆的振动周期T1,然后把摆线缩短适当的长度△L,再测出其振动周期T2.用该同学测出的物理量表达重力加速度为g=______.
正确答案
解:(1)主尺读数:2.0cm;
游标尺对齐格数:6个格,读数:6×0.1=0.60mm=0.06cm;
所以直径为:2.0+0.06=2.06cm;
(2)秒表中小盘的分度值是0.5min,指针在1min和2min之间;大盘的分度值是0.5s,而大盘指针在7.52s,因此秒表读数为1min7.52s,即67.52s;
由单摆全振动的次数为n=30次,秒表读数为t=67.52s,该单摆的周期是T=2.25s;
(3)根据重力加速度的表达式g=可知,T2-l图线斜率k=
.
故选:C;
(4)根据重力加速度的表达式g=可知:
A、重力加速度的测量值与振幅无关,振幅偏小,不影响测量结果,故A错误;
B、在未悬挂摆球之前先测定好摆长,摆长偏小,g偏小,故B错误;
C、以摆线长作为摆长来计算,摆长偏小,g偏小,故C错误;
D、开始计时误记为n=1,则周期偏小,g偏大,故D正确;
故选:D.
(5)先测出一摆线较长的单摆的振动周期T1,
T1=2π
然后把摆线缩短适当的长度△L,再测出其振动周期T2.
T2=2π
解得:g=
故答案为:
(1)2.06;
(2)2.25;
(3);
(4)D;
(5).
解析
解:(1)主尺读数:2.0cm;
游标尺对齐格数:6个格,读数:6×0.1=0.60mm=0.06cm;
所以直径为:2.0+0.06=2.06cm;
(2)秒表中小盘的分度值是0.5min,指针在1min和2min之间;大盘的分度值是0.5s,而大盘指针在7.52s,因此秒表读数为1min7.52s,即67.52s;
由单摆全振动的次数为n=30次,秒表读数为t=67.52s,该单摆的周期是T=2.25s;
(3)根据重力加速度的表达式g=可知,T2-l图线斜率k=
.
故选:C;
(4)根据重力加速度的表达式g=可知:
A、重力加速度的测量值与振幅无关,振幅偏小,不影响测量结果,故A错误;
B、在未悬挂摆球之前先测定好摆长,摆长偏小,g偏小,故B错误;
C、以摆线长作为摆长来计算,摆长偏小,g偏小,故C错误;
D、开始计时误记为n=1,则周期偏小,g偏大,故D正确;
故选:D.
(5)先测出一摆线较长的单摆的振动周期T1,
T1=2π
然后把摆线缩短适当的长度△L,再测出其振动周期T2.
T2=2π
解得:g=
故答案为:
(1)2.06;
(2)2.25;
(3);
(4)D;
(5).
图甲是一个单摆振动的情形,O是它的平衡位置,B、C是摆球所能到达的最远位置.设摆球向右方向运动为正方向.图乙是这个单摆的振动图象.问:
(1)单摆振动的频率是多大?
(2)若当地的重力加速度为10m/s2,试求这个单摆的摆长是多少?(取π2=10)
正确答案
解:(1)由图乙所示图象可知,单摆周期T=0.8s,单摆的周期为:
f==
=1.25Hz;
(2)由单摆周期公式T=2π,
得:L==
=0.16m;
答:(1)单摆振动的频率是1.25Hz;
(2)当地的重力加速度为10m/s2,这个单摆的摆长是0.16m.
解析
解:(1)由图乙所示图象可知,单摆周期T=0.8s,单摆的周期为:
f==
=1.25Hz;
(2)由单摆周期公式T=2π,
得:L==
=0.16m;
答:(1)单摆振动的频率是1.25Hz;
(2)当地的重力加速度为10m/s2,这个单摆的摆长是0.16m.
用单摆测定重力加速度实验中:
(1)为了减小实验误差,当一游标卡尺的主尺最小分度为1毫米,游标上有10个小等分间隔,现用此卡尺来测量工件的直径,如图1所示.该工件的直径为______mm.
(2)如表是用单摆测重力加速度实验中获得的有关数据.
(a)利用上面的数据,在坐标图中(图2)作出L-T2图象.
(b)根据图象可知,当地的重力加速度g=______m/s2.(结果保留三位有效数字)
正确答案
解:
(1)游标卡尺的主尺最小分度为1毫米,游标上有10个小等分间隔,故其精确度为0.1mm,主尺读数为:29mm,游标尺第8个刻度与主尺对其,游标尺读数为:
8×0.1mm=0.8mm,故该工件的直径为:29mm+0.8mm=29.8mm.
(2)(a)通过描点法作出图象为:
(b)由单摆的周期公式得:
,
所以图中的图线斜率表示为:.
g=4π2k=.
故答案为:(1)29.8;
(2)(a)如图所示;
(b)9.86.
解析
解:
(1)游标卡尺的主尺最小分度为1毫米,游标上有10个小等分间隔,故其精确度为0.1mm,主尺读数为:29mm,游标尺第8个刻度与主尺对其,游标尺读数为:
8×0.1mm=0.8mm,故该工件的直径为:29mm+0.8mm=29.8mm.
(2)(a)通过描点法作出图象为:
(b)由单摆的周期公式得:
,
所以图中的图线斜率表示为:.
g=4π2k=.
故答案为:(1)29.8;
(2)(a)如图所示;
(b)9.86.
在“用单摆测定重力加速度”实验时,备有下列器材:
(A)20cm长细线;(B)100cm长细线;(C)有孔塑料小球;(D)有孔实心小钢球;(E)电子手表;(F)0.1s刻度的秒表;(G)毫米刻度尺;(H)游标卡尺;(L)天平.
(1)实验中应选用的器材为:______(填序号);
(2)实验中需要测量的物理量是______、______、______;
(3)摆角要小于5°,并且摆球应在______摆动;
(4)测量单摆周期时,应让单摆自由振动几次后,从摆球经过______位置时开始计时.
正确答案
解:(1)用单摆测重力加速度,需要测出单摆的摆长与单摆周期,
单摆摆长等于摆线的长度与摆球半径之和,20cm的细线长度太短,单摆的周期小,测量的误差比较大.为减小实验误差,摆线应选:B,
为减小空气阻力的影响,应选体积小而质量大,即密度大的球作为摆球,则摆球应选:D;
测单摆周期时为减小实验误差需要选择0.1s刻度的秒表,即:F,用毫米刻度尺测出摆线的长度,用游标卡尺测出摆球的直径,
因此需要的实验器材有:B、D、F、G、H;
(2)由T=2π可知,g=
,实验需要测量单摆摆长L、单摆周期T,为减小实验误差,测周期时一般需要测出单摆完成n次全振动需要的时间t,然后求出周期T=
,则实验需要测量的量为:摆长、振动次数、振动时间;
(3)要保证单摆做简谐运动,摆角要小于5°,并且摆球应在同一竖直面内摆动;
(4)为减小实验误差,测量单摆周期时,应让单摆自由振动几次后,从摆球经过平衡位置时开始计时;
故答案为:(1)B、D、F、G、H;(2)摆长;振动次数;振动时间;(3)同一竖直平面内;(4)平衡.
解析
解:(1)用单摆测重力加速度,需要测出单摆的摆长与单摆周期,
单摆摆长等于摆线的长度与摆球半径之和,20cm的细线长度太短,单摆的周期小,测量的误差比较大.为减小实验误差,摆线应选:B,
为减小空气阻力的影响,应选体积小而质量大,即密度大的球作为摆球,则摆球应选:D;
测单摆周期时为减小实验误差需要选择0.1s刻度的秒表,即:F,用毫米刻度尺测出摆线的长度,用游标卡尺测出摆球的直径,
因此需要的实验器材有:B、D、F、G、H;
(2)由T=2π可知,g=
,实验需要测量单摆摆长L、单摆周期T,为减小实验误差,测周期时一般需要测出单摆完成n次全振动需要的时间t,然后求出周期T=
,则实验需要测量的量为:摆长、振动次数、振动时间;
(3)要保证单摆做简谐运动,摆角要小于5°,并且摆球应在同一竖直面内摆动;
(4)为减小实验误差,测量单摆周期时,应让单摆自由振动几次后,从摆球经过平衡位置时开始计时;
故答案为:(1)B、D、F、G、H;(2)摆长;振动次数;振动时间;(3)同一竖直平面内;(4)平衡.
如图甲所示是演示沙摆振动图象的实验装置在木板上留下的实验结果.沙摆的运动可看作是简谐运动.若手用力F向外拉木板作匀速运动,速度大小是0.20m/s.如图乙所示的一段木板的长度是0.60m,那么这次实验所用的沙摆的摆长为______cm.(答案保留2位有效数字,计算时可以取π2=g)
正确答案
解:t=2T=.
则周期T=1.5s.
根据单摆的周期公式T=
则L==56cm
答:沙摆的摆长约为56cm.
解析
解:t=2T=.
则周期T=1.5s.
根据单摆的周期公式T=
则L==56cm
答:沙摆的摆长约为56cm.
在做“用单摆测定重力加速度”的实验中,
①以下对实验的几点建议中,有利于提高测量结果精确度的是______.
A.实验中适当加长摆线
B.单摆偏离平衡位置的角度不能太大
C.当单摆经过最大位置时开始计时
D.测量多组周期T和摆长L,作L-T2关系图象来处理数据
②某同学在正确操作和测量的情况下,测得多组摆长L和对应的周期T,画出L-T2图象,如图所示.出现这一结果最可能的原因是:摆球重心不在球心处,而是在球心的正______方(选填“上”或“下”).为了使得到的实验结果不受摆球重心位置无法准确确定的影响,他采用恰当的数据处理方法:在图线上选取A、B两个点,找到两点相应的横纵坐标,如图所示.用表达式g=______计算重力加速度,此结果即与摆球重心就在球心处的情况一样.
正确答案
解:①A、实验中适当加长摆线可以减小实验误差,故A正确;
B、为使单摆做简谐运动,单摆偏离平衡位置的角度不能太大,故B正确;
C、为准确测量单摆周期,当单摆经过平衡位置时开始计时,故C错误;
D、应用图象法处理实验数据可以减小实验误差,测量多组周期T和摆长L,作L-T2关系图象来处理数据,故D正确;故选:ABD.
②由图示图象可知,L-T2图象在横轴上有截距,说明所测摆长偏小,可能是摆球的重心在球心的正下方处造成的;
由单摆周期公式:T=2π可得:L=
T2,由图示L-T2图象可知,图象的斜率:k=
=
,则重力加速度:g=
.
故答案为:①ABD;②下;.
解析
解:①A、实验中适当加长摆线可以减小实验误差,故A正确;
B、为使单摆做简谐运动,单摆偏离平衡位置的角度不能太大,故B正确;
C、为准确测量单摆周期,当单摆经过平衡位置时开始计时,故C错误;
D、应用图象法处理实验数据可以减小实验误差,测量多组周期T和摆长L,作L-T2关系图象来处理数据,故D正确;故选:ABD.
②由图示图象可知,L-T2图象在横轴上有截距,说明所测摆长偏小,可能是摆球的重心在球心的正下方处造成的;
由单摆周期公式:T=2π可得:L=
T2,由图示L-T2图象可知,图象的斜率:k=
=
,则重力加速度:g=
.
故答案为:①ABD;②下;.
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