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- 2021-05-27 发布
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实验:用单摆测定重力加速度 每课一练(人教版选修3-4)
1.用单摆测定重力加速度的实验中,有如下器材供选用,请把应选用的器材填在横线上
________.(填字母)
A.1 m长的粗绳
B.1 m长的细线
C.半径为1 cm的小木球
D.半径为1 cm的小铅球
E.时钟
F.停表
G.最小刻度为mm的米尺
H.最小刻度为cm的米尺
I.铁架台
J.附砝码的天平
2.在“用单摆测定重力加速度”的实验中,同学们采用了以下几种测量摆长的不同方法,
其中不妥或错误的方法是( )
A.装好单摆,用力拉紧摆线,用米尺测出摆线长度,然后加上摆球的半径
B.让单摆自然下垂,用米尺测出摆线长度,然后加上摆球的半径
C.将单摆取下并放在桌面上,用米尺测出摆线长度,然后加上摆球的半径
D.让单摆自然下垂,用米尺直接测出摆线悬点到摆球球心的距离
3.(1)某同学在探究影响单摆周期的因素时有如下操作,请你判断是否恰当(选填“是”
或“否”).
①把单摆从平衡位置拉开约5°释放:________;
②在摆球经过最低点时启动停表计时:________;
图4
③用停表记录摆球一次全振动的时间作为周期:________.
(2)该同学改进测量方法后,得到的部分测量数据见下表.用螺旋测微器测量其中一个摆
球直径的示数如图4所示,该球的直径为________mm.根据表中数据可以初步判断单摆
周期随________的增大而增大.
数据组编号
摆长/mm
摆球质量/g
周期/s
1
999.3
32.2
2.0
2
999.3
16.5
2.0
3
799.2
32.2
1.8
4
799.2
16.5
1.8
5
501.1
32.2
1.4
6
501.1
16.5
1.4
4.在做“用单摆测定重力加速度”的实验时,用摆长l和周期T计算重力加速度的公式
是g=______,如果已知摆球直径为2.0 cm,让刻度尺的零点对准摆线的悬点,摆线竖
直下垂,如图5甲所示,那么单摆摆长是______.如果测定了40次全振动的时间如图乙
中秒表所示,那么秒表读数是______s.单摆的振动周期是______s.
图5
5.某同学做实验时,一时找不到摆球,就用重锤代替摆球,分别用不同的摆长做了两次
实验,测摆长时只测了摆线长,其长度分别为l1和l2,并测出相应周期为T1和T2,用上
述测量的数据正确计算出g值,那么他计算重力加速度的表达式应为g=________.
6.下面是用单摆测定重力加速度实验中获得的有关数据
摆长l/m
0.5
0.6
0.8
1.1
周期T2/s2
2.2
2.5
3.2
4.5
(1)利用上述数据在坐标图(图6)中描出l-T2图象.
图6
(2)利用图象,取T2=0.1×4π2s2=3.95 s2,求重力加速度.
7.将一单摆装置竖直悬挂于某一深度为h(未知)且开口向下的小筒中(单摆的下部分
露于筒外),如图7甲所示,将悬线拉离平衡位置一个小角度后由静止释放,设单摆摆动
过程中悬线不会碰到筒壁,如果本实验的长度测量工具只能测量出筒的下端口到摆球球
心的距离L,并通过改变L而测出对应的摆动周期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g.
图7
(1)现有如下测量工具:A.时钟;B.秒表;C.天平;D.毫米刻度尺.本实验所需的测量工
具有______.
(2)如果实验中所得到的T2-L关系图象如图乙所示,那么真正的图象应该是a、b、c中
的________.
(3)由图象可知,小筒的深度h=________ m;当地g=________ m/s2.
参考答案
1.BDFGI
解析 测摆长时是从悬点到球心的距离,若用粗绳,粗绳质量不能忽略,则摆长无法测定,故选B.铅球密度大,摆动中阻力的影响相对小些.摆长的测定也相对准确,故选D.计时时,使用停表方便,故选F.测长度时,应准确到mm,故选G.本实验中不需测质量,但必须将小球悬挂,故选I,不选J.
2.ACD [摆长为悬点到摆球球心的距离,即线长加上摆球的半径.A项中由于摆线一般都有一定弹性,若拉紧则测得的摆长偏大,应在自然下垂情况下测摆长,所以B项正确;C项中取下单摆,则无法找到悬挂点,将给测量带来较大的误差;D项中用米尺去测悬点到球心的距离会造成误差,球的直径应用游标卡尺单独测量.所以正确的做法为B项,不妥或错误的为A、C、D项.]
3.(1)①是 ②是 ③否
(2)20.685(20.683~20.687) 摆长
解析 (1)①单摆在摆角不超过5°时可看做是简谐运动.②摆球经过最低点时速度最大,滞留的时间最短,计时误差最小.③为了减小测量周期时的误差,应测单摆完成30~50次全振动所用的时间来求出周期.
(2)螺旋测微器上的固定刻度读数为20.5 mm,可动部分的读数约为18.5,则测量结果为20.5 mm+18.5×0.01 mm=20.685 mm.分析表中数据可以看出,摆长不变时周期不变,摆长变短时周期变短.
4. 87.40 cm 75.2 1.88
解析 由单摆的周期公式T=2π 可知g=;因刻度尺的零点对准摆线的悬点,图甲球心对应刻度尺上的读数就是摆长,l=88.40-=87.40 cm;图乙中秒表读数为(60+15.2) s=75.2 s;
单摆周期T= s=1.88 s.
5.
解析 设重锤的等效半径为r,由单摆的周期公式T=2π ,得g=,
则g=①
g=②
由①②式解得g=.
6.(1)如图所示
(2)9.48 m/s2
解析 (2)由图得斜率k==0.24,则重力加速度g==4π2×0.24 m/s2=9.48 m/s2.
7.(1)BD (2)a (3)0.3 9.86
解析 本实验主要考查用单摆测重力加速度的实验步骤、实验方法和数据处理方法.
(1)测量筒的下端口到摆球球心之间的距离L要用到毫米刻度尺,测单摆的周期需要用秒表,所以测量工具选B、D.
(2)设摆线在筒内部分的长度为h,由T=2π 得,T2=L+h,可知T2-L关系图象为a.
(3)将T2=0,L=-30 cm代入上式可得
h=30 cm=0.3 m
将T2=1.20,L=0代入上式可求得
g=π2≈9.86 m/s2
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