题文
在用单摆测重力加速度的实验中
小题1:为了比较准确地测量出当地的重力加速度值,应选用下列所给器材中的哪些?将所选用的器材的字母填在题后的横线上。A.长1m左右的细绳;B.长30m左右的细绳;C.直径2 cm的铅球;D.直径2cm的铁球;(E)秒表; (F)时钟;
(G)最小刻度是厘米的直尺; (H)最小刻度是毫米的直尺。
所选择的器材是______________________________________________。
小题2:实验时摆线偏离竖直线的要求是________________________,理由是_______________
________________________________________________________。
小题3:某同学测出不同摆长时对应的周期T,作出T2~L图线,如图所示,再利用图线上任两点A、B的坐标(x1,y1)、(x2,y2),可求得g= 。若该同学测摆长时漏加了小球半径,而其它测量、计算均无误,也不考虑实验误差,则用上述方法算得的g值和真实值相比是 的(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
题型:未知 难度:其他题型
答案
小题1:ACEH
小题2:摆线与竖直方向的夹角不超过(或小于)5°(1分)。因为只有在摆角不超过(或小于)5°的情况下,单摆的周期公式
才成立(1分)
小题3:
(2分);不变(1分)
解析
分析:小题1:根据单摆模型的要求,半球密度要大,体积要小,细线要长,读数要提高精度;
小题2:单摆的摆角不能太大,摆角越大,误差越大;
小题3:根据单摆的周期公式列式分析即可.
解:小题1:A、B、单摆模型中,小球视为质点,故摆线越长,测量误差越小,故A正确,B错误;
C、D、摆球密度要大,体积要小,空气阻力的影响才小,故C正确,D错误;
E、F、读数越精确,测量结果越是准确,故G错误,H正确;
故选ACEH;
小题2:单摆模型中,摆角较小时,才可以近似看作简谐运动,故摆角越小越好,通常不能超过5°;
故答案为:摆线与竖直方向的夹角不超过(或小于)5°,因为只有在摆角不超过(或小于)5°的情况下,单摆的周期公式
才成立;
小题3:根据单摆周期公式
,有T2=
L,故图象的斜率为:
=
,解得g=4π2?
;
测摆长时漏加了小球半径,图象向左偏移了,但斜率不变,故重力加速度的测量值不变;
故答案为:4π2?
,不变.
考点
据考高分专家说,试题“在用单摆测重力加速度的实验中小题1:为了.....”主要考查你对 [单摆的周期 ]考点的理解。
单摆的周期
单摆:
1.定义:用一根不可伸长且没有质量的细线悬挂一质点所组成的装置,叫做单摆,它是实际摆的理想化模型
2.模型条件:
(1)摆线的形变量与摆线长度相比小得多,摆线的质量与摆球质量相比小得多,这时可把摆线看成是不可伸长,且没有质量的细线。
(2)摆球的大小与摆线长度相比小得多,这时可把摆球看成是没有大小只有质量的质点。
(3)忽略空气对它的阻力。某一物理量是否可以略去不计,是相对而言的。为了满足上述条件及尽量减小空气阻力对它的影响,我们组成单摆的摆球应选择质量大而体积小的球,摆线应尽量选择细而轻目弹性小的线
3.平衡位置:摆球静止时所处的位置即最低点
4.简谐运动条件:
5.单摆的周期公式:(可由
,
推导)。
①在振幅很小的条件下,单摆的振动周期跟振幅无关;
②单摆的振动周期跟摆球的质量无关,只与摆长L和当地的重力加速度g有关;
③摆长L是指悬点到摆球重心间的距离,在某些变形单摆中,摆长L应理解为等效摆长,重力加速度应理解为等效重力加速度(一般情况下,等效重力加速度g'等于摆球静止在平衡位置时摆线的张力与摆球质量的比值)。
单摆问题中的等效处理方法:
单摆的周期公式
5.单摆的周期公式:(可由
,
推导)。
①在振幅很小的条件下,单摆的振动周期跟振幅无关;
②单摆的振动周期跟摆球的质量无关,只与摆长L和当地的重力加速度g有关;
③摆长L是指悬点到摆球重心间的距离,在某些变形单摆中,摆长L应理解为等效摆长,重力加速度应理解为等效重力加速度(一般情况下,等效重力加速度g'等于摆球静止在平衡位置时摆线的张力与摆球质量的比值)。
单摆问题中的等效处理方法:
单摆的周期公式
是惠更斯从实验中总结出来的。单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力,偏角越大回复力越大,加速度 (
)越大。由于摆球的轨迹是圆弧,所以除最高点外,摆球的回复力并不等于合外力。在有些振动系统中l不一定是绳长,g也不一定为9.8m/s2,因此出现了等效摆长和等效重力加速度的问题。
1.等效摆长
摆长是指摆动圆弧的圆心到撰球重心的距离,而不一定为摆绳的长。如图中,摆球可视为质点,各段绳长均为Z,甲、乙摆球做垂直纸面的小角度摆动,丙摆球在纸面内做小角度摆动,O'为垂直纸面的钉子,而且)越大。由于摆球的轨迹是圆弧,所以除最高点外,摆球的回复力并不等于合外力。在有些振动系统中l不一定是绳长,g也不一定为9.8m/s2,因此出现了等效摆长和等效重力加速度的问题。
1.等效摆长
摆长是指摆动圆弧的圆心到撰球重心的距离,而不一定为摆绳的长。如图中,摆球可视为质点,各段绳长均为Z,甲、乙摆球做垂直纸面的小角度摆动,丙摆球在纸面内做小角度摆动,O'为垂直纸面的钉子,而且
甲:等效摆长
乙:等效摆长
乙:等效摆长
丙:摆绳摆到竖直位置时,圆弧圆心就由O变为O',摆球振动时,半个周期摆长为l,另半个周期摆长为
,则单摆丙的周期为
2.等效重力加速度不一定等于9.8,则单摆丙的周期为
2.等效重力加速度不一定等于9.8
(1)g由单摆所在的空间位置决定。g随所在地球表面的位置和高度的变化而变化,纬度越低,高度越高,g的值就越小,另外,在不同星球上管也不同。
(2)g还由单摆系统的运动状态决定,如单摆处在向上加速的升降机中,设加速度为a,则摆球处于超重状态,沿圆弧的切向分力变大,则重力加速度的等效值
若升降机加速下降,则单摆若在沿轨道运行的卫星内,摆球完全失重,回复力为零,等效值
,摆球不摆动,周期无穷大。
(3)一般情况下,若升降机加速下降,则
单摆若在沿轨道运行的卫星内,摆球完全失重,回复力为零,等效值
,摆球不摆动,周期无穷大。
(3)一般情况下,
值等于摆球相对于加速系统静止在平衡位置时(平衡位置是指回复力为零的位置,而不是合力为零的位置,也可以说成是让摆球不摆时的位置)重力加速度的等效值,等于摆绳所受的张力与摆球质量的比值即
但需注意如果在不引起回复力变化的情况,上述方法并不适用,如摆球带电,再在悬点处固定一带电小球,两球之间的静电力不引起回复力的变化,单摆振动周期并不变。


