高中物理基础训练27用单摆测重力加速度等势线的描绘与研究

基础训练27用单摆测重力加速度等势线的描绘与研究(实验四)（时间60分钟，赋分100通过训练进一步理解掌握用单摆测重力加速度的实验原理和方法.掌握用“模拟”静电场方法描绘等势线，学会用图象处理实验数据得出结论.第12题、第13题、第15题为创新题，提供了测重力加速度的其他途径，或单摆的其他方面灵活运用，开阔我们的眼界，激发了我们的思维.一、选择题(每小题5分，共35分)1.在“用单摆测定重力加速度”的实验中，单摆的摆角必须小于5A.单摆的周期与振幅有关，摆角超过5B.C.因为简谐运动的周期与振幅无关.D.摆角超过52.A.B.C.摆角超过5D.由于π3.在用单摆测重力加速度的实验中，摆球应在同一竖直平面内运动.某同学在做实验时，单摆不在同一竖直平面内，成一圆锥摆，如果在其他方面及测量中均无差错，他测出的g值与当地重力加速度的标准值g0A.g=g0B.g＞g0C.g＜g0D.4.A.B.用秒表测30至50C.D.E.用秒表测100F.在平衡位置启动秒表，并开始计数，当摆球第30次经过平衡位置时制动秒表，若读数为t，则T=30t5.在电场中等势线的描绘实验中所用灵敏电流表的指针偏转方向与电流的关系是：当电流从正接线柱流入电流表G时，指针偏向正接线柱一侧.某同学用这个电表探测基准点2两侧的等势点时，把接电流表正接线柱的E1探针触在基准点2上，把接负接线柱的E2探针接触在纸上某一点，如图1—27—1所示，若发现电表的指针发生了偏转，该同学移动E2图1—27—1A.若电表指针偏向正接线柱一侧，E2B.若电表指针偏向正接线柱一侧，E2C.若电表指针偏向负接线柱一侧，E2D.若电表指针偏向负接线柱一侧，E2向左移动6.A.B.C.D.7.在电场中等势线的描绘的实验中，先在导电纸上画出电极a、b(模拟点电荷)的连线，在连线上选取间距大致相同的5个点c、d、e、f、g，如图1—27—2所示，G为灵敏电流表，甲、乙为两探针，则实验图1—27—2A.B.C.D.二、填空题(共42分)8.（4分）某同学在做“利用单摆测重力加速度”实验中，先测得摆长为97.50cm，摆球直径为2.00cm，然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间如图1—27—3所示，则该摆摆长为_______cm，秒表所示读数为_______s.图1—27—39.(6分)（1）摆动时偏角应满足的条件是_________.为了减小测量周期的误差，计时开始时，摆球应是经过最_______（2）用最小刻度为1mm的刻度尺测摆长，测量情况如图1—27—4所示，O为悬挂点，从图1—27—4中可知单摆的摆长为_______m（3）若用l表示摆长，T表示周期，那么重力加速度的表达式为g=_________.图1—27—410.(6分）在利用单摆测定重力加速度的实验中，由单摆做简谐运动的周期公式得到g=224T·L.只要测出多组单摆的摆长L和运动周期T，作出T2-L图象，就可以求出当地的重力加速度.理论上T2-L图象是一条过坐标原点的直线，某同学根据实验数据作出的图象如图1—27—5所示.（1）造成图象不过坐标原点的原因是______________（2）由图象求出的重力加速度g=_______m/s2.(取π2=9.87)图1—27—511.(9分)在用电流场摸拟静电场描绘电场等势线的实验中，在下列所给出的器材中：(1)应选用的是________；(用器材前的字母表示)A.6VB.6VC.100VD.量程0～0.5VE.量程0～300μA，零刻度(2)在实验过程中，要把复写纸、导电纸、白纸铺放在木板上，它们铺放的顺序(自下而上)应是①_______、②_______、③_______.(3)在实验中，按下电键，接通电路，若有一个探针与基准点O接触，另一探针已在基准点两侧找到了实验所需要的两点a、b.如图1—27—6所示，则此探针在与a点接触时，电表的指针应_______(选填“左偏”“右偏”“指零”)；当此探针与b点接触时，电表指针应_______.(选填“左偏”“右偏”“指零”)图1—27—612.(9分)A.闪光照相机B.秒表C.打点计时器D.交流电源4V~6VE.导线若干F.纸带G.复写纸H.铁架台I.游标卡尺J.重物K.刻度尺L.直径1cm的钢球M.1m长弹性细线N.设计一个测当地重力加速度g的实验方案.（1）从给定器材中选（填器材前面的字母）___________（2）需要测量的物理量是______________（3）用你测量出的物理量写出重力加速度g的表达式:g=___________.13.（8分）用滴水法可以测定重力加速度的值，方法是：在自来水龙头下面固定一块挡板A，使水一滴一滴断续地滴落到挡板上，如图1—27—7所示.仔细调节水龙头，使得耳朵刚好听到前一个水滴滴在挡板上的声音的同时，下一个水滴刚好开始下落.首先量出水龙头口离挡板的高度h，再用秒表计时，计时方法是：当听到某一水滴滴在挡板上的声音的同时，开启秒表开始计时，并数“1”，以后每听到一声水滴声，依次数“2，3…”，一直数到“n”时，按下秒表按钮停止时，读出秒表的示数为t.图1—27—7图1—27—8（1）写出用上述测量量计算重力加速度g的表达式.g=___________________.(2)为了减小误差，改变h次数高度h/cm空中运动时间t′/s120.100.20225.00.23332.430.26438.450.28544.000.30650.120.32记录在表格中（表中t′是水滴从水龙头口到A板所用的时间，即水滴在空中运动的时间），请在图1—27—8中所示的坐标纸上作出适当的图象，并利用图象求出重力加速度g的值.g=_______（要求2位有效数字）.三、论述、计算题（共2314.（10摆长l/m0.5000.6000.8001.100周期T/s1.431.551.792.09请你用“T2—l”图线的方法求出当地的重力加速度，并写出处理过程和画“T2—l”图线.15.（13分）从一座高大建筑物顶端下垂一条轻质长绳至地面，长绳上端固定，测量工具仅限用秒表、米尺，其他实验器材根据需要自选.（1）如果已知当地的重力加速度g（2）如果不知当地的重力加速度g，请设计测量该建筑物高度的方案.参考答案一、1.D2.B3.B单摆振动周期：T=2πgl,g=224Tl.圆锥摆周期：T=2πgh,g=224Th.实际的是g0=224Th,而测出的是g=224Tl,h＜l,故g＞g0.4.BC5.BC6.AC7.A二、8.98.50;99.89.(1)偏角小于5°，低（2）0.9960(3)4π2Tl10.(1)测单摆摆长时漏掉了摆球的半径或所测得摆长偏短（2）9.8711.(1)BE(2)白纸，复写纸，导电纸（312.方案（一）：（1）器材CDEFGHJK（2）测相邻的相等时间（t）段位移差Δs(3)g=2ts方案（二）：（1）器材：ALNK（2）测量相邻两点间的长度差Δs(3)g=2tsk(k为相机的物像比，t13.(1)22)1(2thn（2）作图略，9.8m·s-2三、14.图略g=k24≈9.96m·s-215.(1)选一个金属重锤固定在长绳的下端，构成一个单摆，给摆球一个初速度使其做简谐运动，用秒表测得n次全振动的时间t,则其周期是T=nt,代入单摆周期公式T=2πgh即可求出h=2222244ngtgT.(2)①选一个金属重锤固定在长绳的下端，构成一个单摆，给摆球一个初速度使其做简谐运动，用秒表测n1次全振动的时间t1，则其周期是T1=11nt，代入单摆周期公式T1=2πgh1;②长绳末端截去一小段Δl，与金属重锤构成一个单摆，给摆球一个初速度使其做简谐运动，用秒表测n2次全振动的时间t2，则其周期是T2=22nt,代入单摆周期公式T2=2πglh1,综合可求得h1=212222212221212121ntntlntTTlT.