2.5 用单摆测量重力加速度同步课时作业训练 —2021-2022学年高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第一册(word含答案)

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名称 2.5 用单摆测量重力加速度同步课时作业训练 —2021-2022学年高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第一册(word含答案)
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2021-08-17 07:17:51

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2021-2022年高二物理选择性必修第一册同步课时作业训练
2.5 用单摆测量重力加速度
一、单选题。本大题共10小题,每小题只有一个选项符合题意。
1.某同学做“用单摆测定重力加速度”的实验时,测得的重力加速度数值明显大于当地的重力加速度的实际值.造成这一情况的可能原因是(  )
A.测量摆长时,把悬挂状态的摆线长当成摆长
B.测量周期时,当摆球通过平衡位置时启动秒表,此后摆球第30次通过平衡位置时制动秒表,读出经历的时间为t,并由计算式false求得周期
C.开始摆动时振幅过小
D.所用摆球的质量过大
2.利用单摆测重力加速度时,若测得g值偏大,则可能是因为(  )
A.单摆的摆球质量偏大
B.测量摆长时,只考虑了摆线长,忽略了小球的半径
C.测量周期时,把n次全振动误认为是n+1次全振动
D.测量周期时,把n次全振动误认为是n-1次全振动
3.用单摆测定重力加速度,根据的原理是(  )
A.由g=false看出,T一定时,g与l成正比
B.由g=false看出,l一定时,g与T2成反比
C.由于单摆的振动周期T和摆长l可用实验测定,利用g=false可算出当地的重力加速度
D.同一地区单摆的周期不变,不同地区的重力加速度与周期的平方成反比
4.下列振动图象真实地描述了对摆长约为1 m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sin 5°=0.087,sin 15°=0.26,这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是(  )
A.B.C. D.
5.一摆长为L的单摆在悬点正下方0.75L处有一钉子P,单摆从A点静止释放,已知摆角很小,下列说法中正确的是(  )
A.单摆在最高点A时,绳子的拉力提供回复力
B.单摆在最低点B时,合外力为零
C.从碰钉到第一次摆回B点的时间为false
D.从碰钉到第一次摆回B点的时间为false
6.在“用单摆测定重力加速度”的实验中,若测得的g值偏小,可能是因为( )
A.摆球的质量太大
B.测摆长时,将线长加小球直径作为摆长
C.测周期记录全振动次数时,将n次全振动误记为(n+1)次
D.摆球上端未固定牢固,摆动中出现松动,摆线变长
7.如图,两个完全相同的弹性小球A和B分别悬挂在两根长度分别为L和false的不可伸长的轻绳末端,两绳均处于竖直状态,两小球重心在同一水平线上且刚好相互接触.现将A球拉到一个很小的角度由静止释放,则在B球运动的2个周期内,两球相碰的次数为(  )
A.4次 B.5次 C.6次 D.7次
8.如图所示的实线和虚线分别表示同一个单摆在A、B两个大小相同的星球表面上的振动图像.其中实线是A星球上的,虚线是B星球上的,那么两个星球的平均密度之比false为( )
A.false B.false C.false D.false
9.在科学研究中,科学家常将未知现象同已知现象进行比较,找出其共同点,进一步推测未知现象的特性和规律.法国物理学家库仑在研究异种电荷的吸引力问题时,曾将扭秤的振动周期与电荷间距离的关系类比单摆的振动周期与摆球到地心距离的关系.已知单摆摆长为l,引力常量为G,地球质量为M,摆球到地心的距离为r,则单摆振动周期T与距离r的关系式为(  )
A.T=2πrfalse B.T=2πrfalse
C.T=false D.T=2πlfalse
10.在“用单摆测定重力加速度”的实验中:甲同学用标准的实验器材和正确的实验方法测量出几组不同摆长L和周期T的数值,画出如图T2﹣L图象中的实线OM;乙同学也进行了与甲同学同样的实验,但实验后他发现测量摆长时忘了加上摆球的半径,则该同学作出的T2-L图像为(  )
A.虚线①,不平行实线OM B.虚线②,平行实线OM
C.虚线③,平行实线OM D.虚线④,不平行实线OM
二、多选题。本大题共3小题,每小题有一个选项或多个选项符合题意。
11.如某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素。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,如图所示。这样做的目的是(  )
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
12.某同学想在家里做“用单摆测定重力加速度”的实验,但没有合适的摆球,他找到了一块大小约为3 cm、外形不规则的大理石代替小球。他设计的实验步骤有误的是(  )
A.将石块和细尼龙线系好,结点为M,将尼龙线的上端固定于O点;
B.用刻度尺测量OM间尼龙线的长度L作为摆长;
C.将石块拉开一个大约α=5°的角度,然后由静止释放;
D.从摆球摆到最高点时开始计时,测出30次全振动的总时间t,由false得出周期;
E.改变OM间尼龙线的长度再做几次实验,记下每次相应的l和T;
F.求出多次实验中测得的l和T的平均值,作为计算时用的数据,代入公式g=(false)2l,
13.某实验小组成员在进行单摆实验过程中有如下说法,其中正确的是( )
A.测量摆球通过最低点100次的时间 t,则单摆周期为false
B.把单摆从平衡位置拉开30°的摆角,并释放摆球,在摆球经过平衡位置的同时开始计时
C.某同学建立false图像并利用图像的斜率求出当地的重力加速度,处理完数据后,该同学发现在计算摆长时误将摆球直径当成半径代入计算,即false,这不影响重力加速度的求解
D.如果把摆搬去海拔6000米的高原,摆的周期将变大
三、填空题。本大题共4小题。
14.科学探险队员探究珠穆朗玛峰山脚与山顶重力加速度的差值。在山脚处,他用一个小铁球与一条细线、支架组成一个单摆装置,通过改变摆长L,测出相应单摆的周期T,用测出的L与T的值,作出了T2-L图像如图中直线c所示。当他成功攀登到山顶后,他又重复了在山脚做的实验。并用L与T的测量值在同一坐标系中作出了另一条T2-L图像。则利用山顶实验数据作出的图线可能是图中的直线_____;在山脚做实验测摆长时若没加小球的半径。作出的图线可能是直线______;测摆长时没加小球半径,用测量数据通过作T2-L图像测出的重力加速度值____(“偏大”“偏小”或“不变”)
15.如图所示,ACB为光滑弧形槽,弧形槽半径为R,C为弧形槽最低点,R远大于AB的弧长.甲球从弧形槽的球心处自由下落,乙球从A点由静止释放,则两球第1次到达C点的时间之比为___________;在圆弧的最低点C的正上方h处由静止释放小球甲,让其自由下落,同时将乙球从圆弧左侧由静止释放,若在乙球第2次通过C点时,甲、乙两球相遇,则甲球下落的高度是____________.(不计空气阻力,不考虑甲球的反弹)
16.在用单摆测量重力加速度的实验中,下面的叙述哪些是正确的________?哪些是错误的________?
A.摆线要选择细些的、伸缩性小些的,并且尽可能长一些
B.摆球尽量选择质量大些、体积小些的
C.为了使摆的周期大一些,以方便测量,开始时拉开摆球,使摆角较大
D.用刻度尺测量摆线的长度false,这就是单摆的摆长
E. 释放摆球,从摆球经过平衡位置开始计时,记下摆球做50次全振动所用的时间false,则单摆周期false
17.有两个同学利用假期分别去参观北京大学和南京大学的物理实验室,各自在那里利用先进的DIS系统较准确地探究了“单摆的周期T与摆长L的关系”,他们通过校园网交换实验数据,并由计算机绘制了T2-L图象,如图甲所示。去北大的同学所测实验结果对应的图线是________(选填“A”或“B”)。另外,在南大做探究的同学还利用计算机绘制了a、b两个摆球的振动图象(如图乙),由图可知,两单摆摆长之比false =________。在t=1 s时,b球振动方向是________。
参考答案
1.B
【解析】由false得false,g值偏大说明L偏大或T偏小.
A.把悬挂状态的摆线长当成摆长,会使L偏小,g值偏小,A错误;
B.摆球第30次通过平衡位置时,实际上共完成15次全振动,周期false,误认为30次全振动,T变小引起g值明显偏大,B正确;
CD.单摆周期与振幅和摆球质量无关,故C错误,D错误.
故选:B.
2.C
【解析】A.由单摆周期公式false,可得
false
由该式知重力加速度与摆球的质量无关,故A错误;
B.测量摆长时,忽略了小球的半径,所测摆长偏小,则所测得的g值偏小,故B错误;
CD.设单摆做n次全振动的时间为t,单摆的周期false,若误记作false次全振动,则
false
即周期的测量值小于真实值,测得的g值偏大;
若误记作false次全振动,则
false
即周期的测量值大于真实值,测得的g值偏小,故C正确,D错误。
故选C。
3.C
【解析】ABD.在同一地点,重力加速度g定值,可见g是由所处的地理位置的情况来决定的,与l及T无关, ABD错误;
C.根据单摆周期公式
false
变形得
false
由于单摆的振动周期T和摆长l可用实验测定,利用可算出当地的重力加速度g,故C正确;
故选C。
4.A
【解析】单摆振动的摆角θ≤5°,当θ=5°时单摆振动的振幅
A=lsin 5°=0.087 m=8.7 cm
且为了计时准确,应在摆球摆至平衡位置时开始计时。
故选A。
5.C
【解析】A、在最高点false时,重力沿半径方向的分力与绳子的拉力平衡,重力沿圆弧切线的分力提供回复力,即绳子的拉力和摆球重力的合力提供回复力,故选项A错误;
B、在最低点由绳子的拉力和重力合力提供向心力,合外力不为零,故选项B错误;
CD、单摆运动的周期为false,碰钉后绳长变短为false,周期变长为false,从碰钉到第一次摆回false点的时间为false,故选项C正确,D错误.
6.D
【解析】在“用单摆测定重力加速度”的实验中,根据
false
得false
A.g值与摆球的质量无关,A错误;
B.测摆长时,将线长加小球直径作为摆长,使得false偏大,则g值偏大,B错误;
C.测周期记录全振动次数时,将n次全振动误记为(n+1)次,使得g值偏大,C错误;
D.摆球上端未固定牢固,摆动中出现松动,摆线变长,使得测得的false比实际值偏小,则g值偏小,D正确。
故选D。
7.B
【解析】A、B摆长比为false,根据单摆的周期公式
false
可知A、B振动周期之比为false.两球发生弹性碰撞,质量相等,根据动量守恒定律和能量守恒定律,两球相碰后交换速度,A球运动false个周期,B球运动了false个周期,知在这段时间内两球相碰的次数为5次。
故选B。
8.D
【解析】由图可知
false
由单摆周期公式
false

false
万有引力等于重力,即
false

false
所以两个星球的平均密度之比
false
故选D。
9.B
【解析】在地球表面重力等于万有引力,故
false
解得
false
由单摆的周期:
false
联立各式解得
false
故选B.
10.B
【解析】根据单摆的周期公式false得,false,测量摆长时忘了加上摆球的半径,单摆的摆长L偏小,两图象的斜率相等,两图象应平行,且相同的T值时L偏小,则图象在T轴上有截距,故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
11.AC
【解析】在“探究影响单摆周期的因素”实验中,应使单摆在摆动过程中摆长不变,而且摆长便于调节,。
故选AC。
12.BDF
【解析】B.摆长应为石块重心到悬点的距离,故B步骤错误;
D.计时开始的位置应为摆球振动的平衡位置,故D步骤错误;
F.在用公式
g=(false)2l
计算g时,应先将各项的l和T单独代入求解g值,不能先求l、T的平均值再代入求解,故F步骤错误。
故选BDF。
13.CD
【解析】A.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false,故A错误。
B.把单摆从平衡位置拉开不大于10°的摆角,否则单摆的振动就不是简谐振动,故B错误。
C.根据false,则有
false
该同学发现在计算摆长时误将摆球直径当成半径代入计算,即L=l+d,变成L=l+falsed,并没有改变图象的斜率,则不影响重力加速度的计算,故C正确。
D.如果把摆搬去海拔6000米的高原,则会导致重力加速度减小,依据false,那么摆的周期将变大,故D正确。
故选CD。
14.a b 不变
【解析】[1]由单摆的周期false,可得
false
可知false图像直线的斜率
false
由于珠穆朗玛峰山顶的重力加速度较山脚的小,直线的斜率较大,在山顶实验作出的图线可能是直线a
[2]测摆长时若没加小球的半径r,则有
false
作出的图线可能是直线b
[3]设T2-L图像中直线的斜率为k,则由单摆的周期公式,可
false

false
可知由图线的斜率得到的重力加速度不变
15.false false
【解析】[1]甲球做自由落体运动false,所以:false;乙球沿圆弧做简谐运动(由于A→C?R,可认为摆角θ<5°).此振动与一个摆长为R的单摆振动模型相同,故此等效摆长为R,因此乙球第1次到达C处的时间为:
false
所以false;
[2]在乙球第2次通过C点时经过的时间为:
false
则:
false.
16.ABE CD
【解析】A.本实验不计摆线质量,并要测量长度,且摆球大小忽略,所以要选择细些,这样质量比较小,伸缩性小些的,这样摆动过程中长度变化小,尽可能长一些的,这样摆球的大小相对于摆线可以忽略。A正确;
B.摆球尽量选择质量大些、体积小些的,这样摆线质量相对较小可以忽略,空气阻力相对较小,可以忽略。B正确;
C.摆角要小于10°,否则就不能看做简谐运动了。C错误;
D.用刻度尺测量悬点到摆球球心的距离为摆线的长度。D错误;
E.从摆球经过平衡位置开始计时,方便记录全振动的次数。E正确。
所以正确的是ABE,错误的是CD。
17.B false 沿y轴负方向
【解析】[1]由单摆的周期公式
T=2πfalse
解得
T2=falseL
即图象的斜率
k=false
重力加速度大,斜率小,我们知道北京的重力加速度比南京的大,所以去北大的同学所测实验结果对应的图线是B;
[2]从题图乙可以得出
Tb=1.5Ta
由单摆的周期公式得
Ta=2πfalse
Tb=2πfalse
联立解得
false
[3]从题图乙可以看出,t=1 s时,b球正在向负最大位移处运动,所以在t=1s时,b球的振动方向沿y轴负方向。