《2020年高中物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)定重力加速度課后課時(shí)作業(yè)（含解析）新人教版選修3-4》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020年高中物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)定重力加速度課后課時(shí)作業(yè)（含解析）新人教版選修3-4（8頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)定重力加速度 1．在“用單擺測(cè)定重力加速度”時(shí)，某同學(xué)用同一套實(shí)驗(yàn)裝置，用同樣的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但所測(cè)得的重力加速度總是偏大，其原因可能是(　　) A．測(cè)定周期時(shí)，振動(dòng)次數(shù)少數(shù)了一次 B．測(cè)定周期時(shí)，振動(dòng)次數(shù)多數(shù)了一次 C．?dāng)[球的質(zhì)量過大 D．計(jì)算擺長時(shí)，只考慮懸線的長度，沒有加上小球的半徑 答案　B 解析　由計(jì)算g的公式g＝可知，如果振動(dòng)次數(shù)多數(shù)了一次，則T偏小，g就會(huì)偏大，A錯(cuò)誤，B正確；擺球的質(zhì)量過大，不影響單擺的周期與擺長，所以不影響測(cè)得的重力加速度，C錯(cuò)誤；計(jì)算擺長時(shí)，沒有加上小球的半徑，則l偏小，求得的g偏小，D錯(cuò)誤。 2．(多選)在做“用單擺測(cè)

2、定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中，以下幾點(diǎn)建議中對(duì)提高測(cè)量結(jié)果精確度有利的是(　　) A．適當(dāng)加長擺線 B．質(zhì)量相同、體積不同的擺球，應(yīng)選用體積較大的 C．單擺偏離平衡位置的角度不能太大 D．當(dāng)單擺經(jīng)過平衡位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過一次全振動(dòng)后停止計(jì)時(shí)，用此時(shí)間間隔作為單擺振動(dòng)的周期 答案　AC 解析　適當(dāng)加長擺線有利于擺長的測(cè)量，使相對(duì)誤差減小，另外有利于控制擺角不過大，A正確；質(zhì)量相同、體積不同的擺球，應(yīng)選用體積較小的，以減小擺動(dòng)過程中空氣阻力的影響，B錯(cuò)誤；單擺偏離平衡位置的角度不能太大，若偏角太大，單擺的運(yùn)動(dòng)就不能看做簡諧運(yùn)動(dòng)，C正確；經(jīng)過一次全振動(dòng)后停止計(jì)時(shí)，所測(cè)時(shí)間偶然誤差過大，應(yīng)測(cè)量

3、多次全振動(dòng)的時(shí)間再求平均值，以減小偶然誤差，D錯(cuò)誤。 3．在“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)際上要改變擺長，重做幾次實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行多次測(cè)量，再求g的平均值。下表是甲、乙兩個(gè)同學(xué)設(shè)計(jì)的記錄計(jì)算表，你認(rèn)為正確的是(　　) A．只能是甲 B．只能是乙 C．甲、乙均可 D．甲、乙均不可 答案　B 解析　一個(gè)擺長對(duì)應(yīng)著一個(gè)周期，不同擺長或不同的周期取平均值沒有物理意義。在一次實(shí)驗(yàn)中可以重復(fù)測(cè)量擺長和周期，但擺長不能變，變了擺長就是另一次實(shí)驗(yàn)。這里因?yàn)榭梢酝ㄟ^擺長改變周期，進(jìn)而得到重力加速度，同一個(gè)擺長只需做一組實(shí)驗(yàn)即可。故只有乙同學(xué)設(shè)計(jì)的表是正確的，B正確。 4．在“用單

4、擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中，供選用的器材和操作有： A．帶夾子的鐵架臺(tái)；B.帶小孔的實(shí)心木球；C.帶小孔的實(shí)心鋼球；D.秒表；E.長約1 m的細(xì)線；F.長約10 cm的細(xì)線；G.毫米刻度的米尺；H.游標(biāo)卡尺；I.螺旋測(cè)微器；J.天平；K.為便于改變擺長，可將擺線的一頭繞在鐵架臺(tái)上的圓桿上以代替鐵夾；L.擺線上端固定，即用鐵夾夾緊。 為使實(shí)驗(yàn)誤差較小，應(yīng)選用的器材和操作有________________。 答案　ACDEGHL 解析　單擺振動(dòng)時(shí)，要求空氣阻力遠(yuǎn)小于擺球的重力，這樣，在擺球外形一樣大小時(shí)，擺球密度越大，越符合這種要求，故選用小鋼球而不選木球；又因?yàn)橐髥螖[接近理想模型，即用

5、無質(zhì)量不可伸縮的線拴一質(zhì)點(diǎn)，所以線的長度應(yīng)遠(yuǎn)大于擺球直徑，且長線有利于控制擺角不過大，故選長1 m的細(xì)線，而不用長0.1 m的細(xì)線；實(shí)驗(yàn)過程中要用鐵夾夾緊擺線上端進(jìn)行固定，以保證擺動(dòng)時(shí)擺長不變；實(shí)驗(yàn)過程中要測(cè)量擺長和周期，擺長等于擺線長與小球半徑之和，故還需選用毫米刻度的米尺、游標(biāo)卡尺和秒表。應(yīng)選用A、C、D、E、G、H、L。 5．在“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)小組在測(cè)量單擺的周期時(shí)，從單擺運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，且記數(shù)為1，到第n次經(jīng)過最低點(diǎn)所用的時(shí)間為t；在測(cè)量單擺的擺長時(shí)，先用毫米刻度尺測(cè)得懸掛擺球后的擺線長為l，再用游標(biāo)卡尺測(cè)得擺球的直徑為d。 (1)該單擺的擺長為___

6、_____。 (2)該單擺的周期為________。 (3)用上述物理量的符號(hào)寫出求重力加速度的一般表達(dá)式g＝________。 (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，某同學(xué)發(fā)現(xiàn)他測(cè)得的重力加速度的值總是偏大，其原因可能是下述原因中的________。 A．單擺的懸點(diǎn)未固定緊，振動(dòng)中出現(xiàn)松動(dòng)，使擺線增長了 B．把n次擺動(dòng)的時(shí)間誤記為(n＋1)次擺動(dòng)的時(shí)間 C．以擺線長作為擺長來計(jì)算 D．以擺線長與擺球的直徑之和作為擺長來計(jì)算 答案　(1)l＋　(2) (3)　(4)BD 解析　(1)單擺的擺長為懸點(diǎn)到擺球重心的距離，即為l＋。 (2)到第n次經(jīng)過最低點(diǎn)所用的時(shí)間內(nèi)的周期數(shù)為，該單擺的周期為T

7、＝。 (3)由單擺周期公式，得T＝2π ，聯(lián)立解得g＝。 (4)若單擺的懸點(diǎn)未固定緊，振動(dòng)中出現(xiàn)松動(dòng)，使擺線增長了，測(cè)量的周期增大，則t增大，由此可知，測(cè)得的重力加速度的值偏小，A錯(cuò)誤；若把n次擺動(dòng)的時(shí)間誤記為(n＋1)次擺動(dòng)的時(shí)間，由g＝可知測(cè)得的重力加速度的值偏大，B正確；若以擺線長作為擺長來計(jì)算，由g＝可知測(cè)得的重力加速度的值偏小，C錯(cuò)誤；若以擺線長與擺球的直徑之和作為擺長來計(jì)算，由g＝可知測(cè)得的重力加速度的值偏大，D正確。 6．在做“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用擺長l和周期T計(jì)算重力加速度的公式是g＝________。若已知擺球直徑為2.00 cm，讓刻度尺的零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)擺線的

8、懸點(diǎn)，擺線豎直下垂，如圖甲所示，則單擺擺長是________ m。若測(cè)定了40次全振動(dòng)的時(shí)間如圖乙中秒表所示，則秒表讀數(shù)是________ s，單擺擺動(dòng)周期是________ s。 為了提高測(cè)量精度，需多次改變l值，并測(cè)得相應(yīng)的T值?，F(xiàn)將測(cè)得的六組數(shù)據(jù)標(biāo)示在以l為橫坐標(biāo)、以T2為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系上，即圖丙中用“·”表示的點(diǎn)，則： (1)單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)應(yīng)滿足的條件是__________________。 (2)試根據(jù)圖丙中給出的數(shù)據(jù)點(diǎn)作出T2和l的關(guān)系圖線，根據(jù)圖線可求出g＝________ m/s2。(結(jié)果取兩位有效數(shù)字) 答案　　0.8750　75.2　1.88 (1)單擺的

9、最大偏角θ≤5° (2)圖見解析　9.9(或9.8) 解析　由T＝2π，可知g＝。 由題圖甲可知：擺長l＝(88.50－1.00) cm＝87.50 cm＝0.8750 m。 秒表的讀數(shù)t＝60 s＋15.2 s＝75.2 s，所以T＝＝1.88 s。 (1)單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的條件是單擺的最大偏角θ≤5°。 (2)把在一條直線上的點(diǎn)連在一起，誤差較大的點(diǎn)平均分布在直線的兩側(cè)(如圖)，則直線斜率k＝。 由g＝＝，可得g＝9.9 m/s2(結(jié)果為9.8 m/s2也正確)。 7．在“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中，由單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的周期公式可得到g＝。只要測(cè)出多組單擺的擺長l和運(yùn)動(dòng)

10、周期T，作出T2-l圖象，就可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。理論上T2-l圖象是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的圖象如圖所示。 (1)造成圖象不過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因可能是________________________。 (2)由圖象求出的重力加速度g＝________ m/s2。(取π2＝9.87) 答案　(1)測(cè)擺長時(shí)漏掉了擺球半徑　(2)9.87 解析　(1)既然所畫T2-l圖象與縱坐標(biāo)有正截距，這就表明l的測(cè)量值與真實(shí)值相比偏小了，原因可能是測(cè)擺長時(shí)漏掉了擺球半徑。 (2)圖象的斜率k＝＝4，則g＝＝9.87 m/s2。 8．有兩個(gè)同學(xué)利用假期分別去參觀北大和南大的

11、物理實(shí)驗(yàn)室，各自在那里利用先進(jìn)的DIS系統(tǒng)較準(zhǔn)確地探究了“單擺的周期T與擺長l的關(guān)系”，他們通過校園網(wǎng)交換實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并由計(jì)算機(jī)繪制了T2-l圖象，如圖甲所示。去北大的同學(xué)所測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)的圖線是________(填“A”或“B”)。另外，在南大做探究的同學(xué)還利用計(jì)算機(jī)繪制了a、b兩個(gè)擺球的振動(dòng)圖象(如圖乙)，由圖可知，兩單擺擺長之比＝________。 答案　B　 解析　由單擺的周期公式T＝2π得T2＝l，即T2-l圖象的斜率k＝，重力加速度越大，斜率越小，我們知道北京的重力加速度比南京的大，所以去北大的同學(xué)所測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)的圖線是B；從題圖乙可以得出：Tb＝1.5Ta，由單擺的周期公

12、式得：Ta＝2π，Tb＝2π ，聯(lián)立解得：＝。 9．根據(jù)單擺周期公式T＝2π ，可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取Ｈ鐖D甲所示，將細(xì)線的上端固定在鐵架臺(tái)上，下端系一小鋼球，就做成了單擺。 (1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量小鋼球直徑，示數(shù)如圖乙所示，讀數(shù)為________ mm。 (2)以下是實(shí)驗(yàn)過程中的一些做法，其中正確的有________。 a．?dāng)[線要選擇細(xì)些的、伸縮性小些的，并且盡可能長一些 b．?dāng)[球盡量選擇質(zhì)量大些、體積小些的 c．為了使擺的周期大一些，以方便測(cè)量，開始時(shí)拉開擺球，使擺線偏離平衡位置有較大的角度 d．拉開擺球，使擺線偏離平衡位置的角度大于5度，在釋放擺球的同時(shí)開始計(jì)時(shí)

13、，當(dāng)擺球回到開始位置時(shí)停止計(jì)時(shí)，此時(shí)間間隔Δt即為單擺周期T e．拉開擺球，使擺線偏離平衡位置的角度不大于5度，釋放擺球，當(dāng)擺球振動(dòng)穩(wěn)定后，從平衡位置開始計(jì)時(shí)，記下擺球做50次全振動(dòng)所用的時(shí)間Δt，則單擺周期T＝ 答案　(1)18.6　(2)abe 解析　(1)根據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則，游標(biāo)卡尺的讀數(shù)：18 mm＋6×0.1 mm＝18.6 mm。 (2)擺線要選擇細(xì)些的，可減小其自身重力和空氣阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，選擇伸縮性小些的，保證擺長不變，并且盡可能長一些，使在合適的振幅下，擺角較小，故a正確；擺球盡量選擇質(zhì)量大些、體積小些的，可減小空氣阻力的影響，b正確；在最大擺角不大于5°時(shí)，單擺

14、的周期與擺角和振幅的大小無關(guān)，c錯(cuò)誤；拉開擺球，使擺線偏離平衡位置不大于5°，在擺球通過平衡位置的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，測(cè)量單擺做50次全振動(dòng)所用的時(shí)間Δt，則單擺周期T＝，d錯(cuò)誤，e正確。 10．將一單擺裝置豎直懸掛于某一深度為h(未知)且開口向下的小筒中(單擺的下部分露于筒外)，如圖甲所示，將懸線拉離平衡位置一個(gè)小角度后由靜止釋放，設(shè)單擺擺動(dòng)過程中懸線不會(huì)碰到筒壁，如果本實(shí)驗(yàn)的長度測(cè)量工具只能測(cè)量出筒的下端口到擺球球心的距離L，并通過改變L而測(cè)出對(duì)應(yīng)的擺動(dòng)周期T，再以T2為縱軸、L為橫軸作出函數(shù)關(guān)系圖象，那么就可以通過此圖象得出小筒的深度h和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭。 (1)測(cè)量單擺的周期時(shí)，某

15、同學(xué)在擺球某次通過最低點(diǎn)時(shí)，按下停表開始計(jì)時(shí)，同時(shí)數(shù)“1”，當(dāng)擺球第二次通過最低點(diǎn)時(shí)數(shù)“2”，依此法往下數(shù)，當(dāng)他數(shù)到“59”時(shí)，按表停止計(jì)時(shí)，讀出這段時(shí)間t，則該單擺的周期為(　　) A. B. C. D. (2)如果實(shí)驗(yàn)中所得到的T2-L關(guān)系圖象如圖乙所示，那么真正的圖象應(yīng)該是a、b、c中的________。 (3)由圖象可知，小筒的深度h＝________ m；當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝________ m/s2。 答案　(1)A　(2)a　(3)0.3　9.86 解析　(1)這段時(shí)間t含有58個(gè)“半周期”，即29個(gè)周期，則該單擺的周期為，A正確。 (2)擺線在筒內(nèi)部分的長度為h，由T＝2π 得，T2＝L＋h，可知T2-L的關(guān)系圖象為a。 (3)將T2＝0，L＝－30 cm代入T2＝L＋h可得：h＝30 cm＝0.3 m，將T2＝1.20 s2，L＝0，h＝0.3 m代入T2＝L＋h可求得：g＝π2 m/s2≈9.86 m/s2。 - 8 -