2.5 实验:用单摆测量重力加速度
一、单选题
1.在“用单摆测重力加速度”的实验中,小华根据测量数据作出的L-T2图线如图所示,则当地的重力加速度大小为( )
A.9.86m/s2 B.9.91m/s2
C.9.95m/s2 D.10.0m/s2
2.在用单摆测定重力加速度时,摆球应选用( )
A.半径为1 cm的木球 B.半径为1 cm的铝球
C.半径为1 cm的空心钢球 D.半径为1 cm的实心钢球
3.某学生用单摆测定重力加速度,测得数值偏大些,可能是下列哪些原因引起的( )
A.量摆长时没有把小球半径算进去
B.摆球的质量测得不准确
C.摆角小,使周期变小
D.应当测振动30次的时间求其周期,结果把29次当作30次计算周期
4.在“用单摆测定重力加速度”的实验中,下列所给器材中,哪个组合较好( )
①长1m左右的细线②长30cm左右的细线③直径2cm的塑料球④直径2cm的铁球⑤秒表⑥时钟⑦最小刻度线是厘米的直尺 ⑧最小刻度是毫米的直尺
A.①③⑤⑦ B.①④⑤⑧ C.②④⑥⑦ D.②③⑤⑦
5.某同学利用单摆测量重力加速度,为了使测量误差尽量小,下列说法正确的是( )
A.组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球
B.组装单摆细线要轻
C.实验时须使摆球可旋转
D.摆长一定的情况下,摆的振幅尽量大
6.某同学在做“用单摆测定重力加速度”的实验时,如果测得的g值偏小,可能的原因是( )
A.将摆线长加球的直径当作摆长
B.实验中误将31次全振动计为30次全振动
C.结束计时时,提前按秒表
D.小球做圆锥摆运动
二、多选题
7.某同学用单摆测当地的重力加速度。他测出了摆线的长度l和摆动周期T,获得多组T与l的数据,再以T2为纵轴、l为横轴画出函数关系图像,如图所示。已知图线与纵轴的截距为a,图线斜率为k,下列说法正确的是( )
A.若摆球质量分布均匀,摆球半径为
B.若摆球质量分布均匀,摆球直径为
C.测得当地的重力加速度大小为
D.由于摆线长度小于摆长,因此测得的重力加速度值偏小
8.打点计时器是力学实验中经常用到的计时仪器,下列哪些实验现行教材中的设计方案需要用到打点计时器( )
A.探究加速度与力、质量的关系
B.探究平抛运动的特点
C.验证机械能守恒定律
D.用单摆测量重力加速度
9.小明同学在用单摆测当地的重力加速度g时,由于没有游标卡尺,无法测量小球的直径d,但是测出多组摆线长L和对应的周期T,并做出了T2﹣L图象,如图所示,图线的斜率为k,反向延长线与横轴交点的横坐标为-a(a>0).下列说法正确的是( )
A.小球的直径为a
B.实验测得当地的重力加速度为
C.仅将单摆的摆角从4°改为2°,得到的图线斜率不变
D.由于没测小球的直径,导致测得的重力加速度偏小
10.在“探究单摆周期与摆长关系”的实验中,下列做法正确的是____________.
A.应选择伸缩性小、尽量长些的细线做摆线
B.用刻度尺测出细线的长度并记为摆长l
C.在小偏角下让单摆从静止开始摆动
D.当单摆经过平衡位置时开始计时,测量一次全振动的时间作为单摆的周期T
E.分析实验数据,若认为周期与摆长的关系为T2∝l,则可作T2—l图象;如果图象是一条直线,则关系T2∝l成立
11.用多组实验数据做出T2 L 图象,也可以求出重力加速度 g,已知三位同学做出的T2 L 图线的示意图如图中的 a、b、c 所示,其中 a 和 b 平行,b 和 c 都过原点,图线 b 对应 的 g 值最接近当地重力加速度的值.则相对于图线 b,下列分析正确的是( )
A.出现图线 a 的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长 L
B.出现图线 c 的原因可能是误将 49 次全振动记为 50 次
C.图线 c 对应的 g 值小于图线 b 对应的 g 值
D.图线 a 对应的 g 值等于图线 b 对应的 g 值
三、实验题
12.在“用单摆测定重力加速度”的实验中
(1)以下关于本实验的措施中正确的是________。
A.摆角应尽量大些
B.摆线应适当长些
C.摆球应选择密度较大的实心金属小球
D.用停表测量周期时,应从摆球摆至最高点时开始计时
(2)用50分度的游标卡尺测量小球的直径,如图所示的读数是________ mm,用停表记录了单摆振动50次所用的时间如图所示,停表读数为________ s。
(3)考虑到单摆振动时空气浮力的影响后,同学甲说:因为空气浮力与摆球重力方向相反,它对球的作用相当于重力加速度变小,因此振动周期变大,乙同学说:浮力对摆球的影响好像用一个轻一些的摆球做实验,因此振动周期不变,这两个同学的说法中________。
A.甲正确
B.乙正确
C.都错误
13.某同学在做“用单摆测量重力加速度的大小”实验时,用游标卡尺测量小球直径,读数如图甲所示。某次测得摆线长为99.51cm。
(1)游标卡尺的读数为______mm;
(2)该次测量单摆的摆长l为______cm;
(3)该同学根据多次测量数据作出l-T2图线(如图乙所示),根据图线求出重力加速g=______m/s2(保留3位有效数字)。
14.在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中
(1)下列说法正确的是______(多选)
A.摆球偏离平衡位置的角度越大越好
B.摆球尽量选择质量大些的、体积小些的
C.摆球摆动时要使之保持在同一个竖直平面内
D.单摆悬线的上端不可随意卷在横杆上,应夹紧在铁夹中
(2)为了提高周期的测量精度,应该将摆球到达________(填“最高点”或“平衡位置”)作为计时开始与停止的时刻比较好.
15.滑板运动场地有一种常见的圆弧形轨道,其截面如图,某同学用一辆滑板车和手机估测轨道半径R(滑板车的长度远小于轨道半径)。
主要实验过程如下:
①用手机查得当地的重力加速度g;
②找出轨道的最低点O,把滑板车从O点移开一小段距离至P点,由静止释放,用手机测出它完成n次全振动的时间t,算出滑板车做往复运动的周期T=___________;
③将滑板车的运动视为简谐运动,则可将以上测量结果代入公式R=___________(用T、g表示)计算出轨道半径。
16.某同学利用家中找到的生活物品,在家里测重力加速度。他找到细线、铁锁和秒表,然后自制了一个单摆,如图甲所示。由于家里只有一把量程为30cm的刻度尺,于是他在细线上的A点做了一个标记,使得悬点O到A点间的细线长度小于刻度尺量程。保持该标记以下的细线长度不变,通过改变O、A间细线长度以改变摆长。
(1)在该实验中,下列操作中正确的是_______(选填选项前的字母)。
A.单摆偏离平衡位置的最大摆角很小
B.在铁锁经过最低点时启动秒表开始计时
C.用秒表记录铁锁一次全振动的时间作为周期
(2)该同学利用秒表测量单摆的周期时,秒表示数如图乙所示,读数为___________s。
(3)实验中,当O、A间细线的长度分别为l1、l2时,测得相应单摆的周期为T1、T2。由此可得重力加速度g=_________(用l1、l2、T1、T2表示)。
试卷第1页,共3页
参考答案:
1.A
【解析】
【详解】
由公式
可得
故L-T2图线的斜率为
又
解得当地的重力加速度大小为
BCD错误,A正确。
故选A。
2.D
【解析】
【详解】
钢球密度大,同样的体积更重,符合单摆测g时对小球的要求,小一些、重一些好,故选D。
3.D
【解析】
【详解】
由单摆周期公式
可知重力加速度
A.单摆的摆长应等于摆线的长度加一摆球的半径,如测量摆长时没有把小球半径算进去,摆长测量值L偏小,由
可知,重力加速度的测量值偏小,故A错误;
B.由
可知,重力加速度与摆球质量无关,摆球质量测量不准不影响重力加速度的测量值,故B错误;
C.单摆的周期与偏角无关,偏角对测量没有影响,故C错误;
D.应当测振动30次的时间求其周期,结果把29次当作30次计算周期时,算出的周期T偏小,由
可知,重力加速度的测量值偏大,故D正确.
故选D。
4.B
【解析】
【详解】
单摆模型中,小球视为质点,故摆线长点,测量误差越小,故要选择长1m左右的细线①;
摆球密度要大,体积要小,空气阻力的影响才小,故要选择直径2cm的铁球④;
秒表可以控制开始计时和结束计时的时刻,比时钟的效果要好。故选择秒表⑤;
刻度尺的最小分度越小,读数越精确,故要选择最小刻度是毫米的直尺⑧。
故选B。
5.B
【详解】
A.组装单摆须选用密度较大,而直径较小的摆球,选项A错误;
B.组装单摆细线要轻,选项B正确;
C.实验时不能使摆球可旋转,选项C错误;
D.摆长一定的情况下,摆的振幅不能太大,摆角不超过5°,选项D错误。
故选B。
6.B
【详解】
A.根据单摆周期公式有可得
将摆线长加球的直径当作摆长时偏大,则测得的g值偏大,选项A错误;
B.实验中误将31次全振动计为30次全振动,使得T偏大,则测得的g值偏小,选项B正确;
C.结束计时时,提前按秒表,使得T偏小,则测得的g值偏大,选项C错误;
D.摆球不是在竖直平面内做简谐振动,而是做圆锥摆运动,则有
周期将比小,则测得的g值偏大,选项D错误。
故选B。
7.AC
【详解】
T2与L的图象,应为过原点的直线,但图中没有过原点,且实验中该学生在测量摆长时,只量了悬线的长度l当作摆长,而没有加上摆球的半径r,由单摆周期公式可得
整理可得
由题可知
,
解得
,
则摆球直径为
此实验中误将摆线长当成摆长进行测量和绘制图线,但图线的斜率不变,所测重力加速度不变。
故选AC。
8.AC
【解析】
【详解】
A.探究加速度与力、质量的关系实验中需要测量加速度的大小,需要通过纸带测量加速度,所以需要打点计时器,故A正确;
B.探究平抛运动的特点,需要描物体的运动轨迹,且轨迹是曲线,打点计时器只能用来研究直线运动,所以不需要打点计时器,故B错误;
C.验证机械能守恒定律实验中需要纸带数据测量物体的下落高度和下落后速度,需要打点计时器,故C正确;
D.用单摆测量重力加速度实验中需要用刻度尺测摆长和秒表测周期,不需要打点计时器,故D错误。
故选AC。
9.BC
【解析】
【详解】
A.根据单摆的周期公式得:,又l=L+则得:
①
由数学知,L﹣T2图象中横坐标截距的绝对值为小球的半径,可知小球的直径为2a.故A不符合题意;
B.由①可知,图象的斜率:k=,则重力加速度:.故B符合题意;
C.对于单摆,摆角小于5°即可,仅将单摆的摆角从4°改为2°,不影响单摆的周期,则得到的图线斜率不变.故C符合题意;
D.由可知,没有测小球的直径,不影响测得的重力加速度的数值.故D不符合题意.
10.ACE
【解析】
【详解】
A.摆长等于摆线的长度加上摆球的半径,为减小误差应保证摆线的长短不变,选择伸缩性小、尽可能长的细线做摆线,A正确;
B.刻度尺测出细线的长度再加上小球的半径才是摆长,B错误;
C.单摆在摆角很小的情况下才做简谐运动,单摆的摆角不能太大,一般不超过5°,否则单摆将不做简谐运动,C正确;
D.当单摆经过平衡位置时速度最大,此时开始计时误差最小,但是要测量n次全振动的时间记为t,再由求周期误差较小,D错误;
E.数据处理的时候,通常由线性关系比较好判断结论,故作图象,E正确;
故选ACE.
【名师点睛】
解答本题应了解单摆测定重力加速度的原理:单摆的周期公式,还要知道:摆角很小的情况下单摆的振动才是简谐运动;摆长等于摆线的长度加上摆球的半径,为减小误差应保证摆线的长短不变;根据单摆的周期公式变形得到重力加速度g的表达式,分析与的关系.
11.BD
【解析】
【详解】
由单摆周期公式:可知:,根据数学知识可知,T2-L图象的斜率,当地的重力加速度.若测量摆长时忘了加上摆球的半径,则摆长变成摆线的长度L,则有,根据数学知识可知,对T2-L图象来说, 与b线斜率相等,两者应该平行,是截距,故做出的T2-L图象中a线的原因可能是误将悬点到小球上端的距离记为摆长L造成的,故A错误;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,图线的斜率k偏小,故B正确;由图可知,图线c对应的斜率k偏小,根据T2-L图象的斜率,当地的重力加速度,c图线所测g值大于图线b对应的g值,图线 a 对应的 g 值等于图线 b 对应的 g 值,故C错误,D正确.
12. BC 17.50 100.2 A
【解析】
【详解】
(1)A.在摆角小于5°的情况下单摆的运动可以看做简谐运动,实验时摆角不能太大,不能超过5°,A错误;
B.实验中,摆线的长度应远远大于摆球的直径,适当增加摆线的长度,可以减小实验误差,B正确;
C.减小空气阻力的影响,选择密度较大的实心金属小球作为摆球,C正确;
D.用停表测量周期时,应从球到达平衡位置开始计时,这样误差小一些,D错误。
故选BC。
(2) 由题图可看出,游标尺上的第25条刻度线与主尺上的4.2 cm刻度线对齐了,则游标尺的零刻度线与此刻度线之间的距离为
因
则游标尺的零刻度线应在17 mm~18 mm之间,游标尺读数为
则游标卡尺读数为
由图示秒表可知,分针示数超过了半刻线,秒表示数为
(3)考虑到单摆振动时空气浮力的影响后,物体不只受重力了,加速度也不是重力加速度,实际加速度要减小,因此振动周期变大,甲同学说法正确。
13. 9.8 100 9.86
【解析】
【详解】
(1)10分度的游标卡尺的精度为0.1mm,读数为
(2)单摆的摆长为悬点到球心的距离,可得
(3)根据单摆的周期公式
可得
故图像的斜率为
解得重力加速度为
14. BCD 平衡位置
【解析】
【详解】
(1)A.单摆在小摆角情况下的振动是简谐运动,摆球偏离平衡位置的角度不能太大,A错误;
B.为减小空气阻力对实验的影响,摆球尽量选择质量大些的、体积小些的,B正确;
C.摆球摆动时要使之保持在同一竖直平面内,不能形成圆锥摆,C正确;
D.实验过程,单摆摆长应保持不变,为保证保持摆长不变,单摆悬线的上端不可随意卷在横杆上,应夹紧在铁夹中,D正确。
故选BCD。
(2)为了提高周期的测量精度,减小实验误差,应该将摆球到达平衡位置作为计时开始与停止的时刻。
15.
【解析】
【分析】
【详解】
②滑板车做往复运动的周期为
③根据单摆的周期公式,有
得
16. AB 67.5
【解析】
【详解】
(1)A.为使单摆做简谐运动,单摆的最大摆角应该很小,故A正确;
B.在铁锁经过最低点时开始计时,此时速度最大,计时误差会较小,故B正确;
C.用秒表记录铁锁多次全振动的时间除以全振动的次数作为周期,这样的误差较小,故C错误;
故选AB。
(2)由图读出读数为67.5s。
(3)根据简谐运动周期公式
有
联立解得
答案第1页,共2页
答案第1页,共2页