题目内容

【题目】某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度,实验装置如图所示.倾斜的球槽中放有若干个小铁球,闭合开关 K,电磁铁吸住第 1 个小球. 手动敲击弹性金属片 M,M 与触头瞬间分开, 1 个小球开始下落,M 迅速恢复,电磁铁又吸住第 2 个小球.当第 1 个小球撞击时,M 与触头分开, 2 个小球开始下落…….这样,就可测出多个小球下落的总时间.

(1)在实验中,下列做法正确的有_________.

A.电路中的电源只能选用交流电源

B.实验前应将 M 调整到电磁铁的正下方

C.用直尺测量电磁铁下端到 M 的竖直距离作为小球下落的高度

D.手动敲击 M 的同时按下秒表开始计时

(2)实验测得小球下落的高度 H=1.980m,10 个小球下落的总时间 T =6.5s.可求出重力加速度g=______m/s2.(结果保留两位有效数字)

(3)在不增加实验器材的情况下,请提出减小实验误差的一个有效办法._____________.

(4)考虑到电磁铁在每次断电后需要时间 Δt 磁性才消失,因此,每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差 Δt,这导致实验误差.则重力加速度的测量值应________.(偏大偏小)。某同学为了消除 Δt 对实验结果的影响,他分别取高度 H1 H2,测量 n个小球下落的总时间 T1 T2.,他利用这两组数据消除 Δt 对实验结果的影响后,重力加速度测量值的表达式:_____________________.

【答案】BD9.4增加小球下落的高度,多次重复实验,结果取平均值偏小

【解析】

(1)电路中的电源目的是线圈产生磁性,因此直流电也可以,故A错误;小球沿竖直方向自由下落,因此要使小球能够撞击M,M调整到电磁铁的正下方,故B正确;球的正下方到M的竖直距离作为小球下落的高度,故C错误;敲击M的同时小球开始下落,因此此时应该计时,故D正确.故答案为BD.
(2)一个小球下落的时间为:

根据自由落体运动规律hgt2可得:

(3)通过多次测量取平均值可以减小误差,同时该实验的误差主要来自小球下落过程中空气阻力的影响,因此增加小球下落的高度或者选择密度更大的实心金属球.
(4)考虑到电磁铁在每次断电后需要时间 Δt 磁性才消失因此每个小球的实际下落时间偏小,下落的距离与理论上对应的时间偏小,则导致实验得到的重力加速度的测量值偏小;(5)应由自由落体运动的规律可得:

联立①②可得:,因此可以消去t对实验结果的影响.

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