题目内容

(1)某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图所示).实验的主要过程如下:
a.把白纸用图钉钉在木板上,在白纸上作出直角坐标系xOy,在白纸上画一条线段 AO表示入射光线.
b.把半圆形玻璃砖M放在白纸上,使其底边aa′与Ox轴重合.
c.用一束平行于纸面的激光从y>0区域沿y轴负方向射向玻璃砖,并沿x轴方向调整玻璃砖的位置,使这束激光从玻璃砖底面射出后,仍沿y轴负方向传播.
d.在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2
e.在坐标系的y<0的区域内竖直地插上大头针P3,并使得从P3一侧向玻璃砖方向看去,P3能同时挡住观察P1和P2的视线.
f.移开玻璃砖,作OP3连线,用圆规以O点为圆心画一个圆(如图中虚线所示),此圆与AO线交点为B,与OP3连线的交点为C.确定出B点到x轴、y轴的距离分别为x1、y1、,C点到x轴、y轴的距离分别为x2、y2
①根据上述所确定出的B、C两点到两坐标轴的距离,可知此玻璃折射率测量值的表达式为n=______.
②若实验中该同学在y<0的区域内,从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2,其原因可能是:______.
(2)在“用单摆测重力加速度”的实验中,某同学的主要操作步骤如下:
a.取一根符合实验要求的摆线,下端系一金属小球,上端固定在O点;
b.在小球静止悬挂时测量出O点到小球球心的距离l;
c.拉动小球使细线偏离竖直方向一个不大的角度(约为5°),然后由静止释放小球;
d.用秒表记录小球完成n次全振动所用的时间t.
①用所测物理量的符号表示重力加速度的测量值,其表达式为g=______;
②若测得的重力加速度数值大于当地的重力加速度的实际值,造成这一情况的原因可能是______.(选填下列选项前的序号)
A.测量摆长时,把摆线的长度当成了摆长
B.摆线上端未牢固地固定于O点,振动中出现松动,使摆线越摆越长
C.测量周期时,误将摆球(n-1)次全振动的时间t记为了n次全振动的时间,并由计算式T=t/n求得周期
D.摆球的质量过大
③在与其他同学交流实验方案并纠正了错误后,为了减小实验误差,他决定用图象法处理数据,并通过改变摆长,测得了多组摆长l和对应的周期T,并用这些数据作出T2-l图象如图甲所示.若图线的斜率为k,则重力加速度的测量值g=______.
④这位同学查阅资料得知,单摆在最大摆角θ较大时周期公式可近似表述为T=2(1+sin2).为了用图象法验证单摆周期T和最大摆角θ的关系,他测出摆长为l的同一单摆在不同最大摆角θ时的周期T,并根据实验数据描绘出如图乙所示的图线.根据周期公式可知,图乙中的纵轴表示的是______,图线延长后与横轴交点的横坐标为______
【答案】分析:(1)①根据折射定律n=结合几何关系求解;②若从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2,其原因可能是入射光发生了全反射;
(2)根据单摆的周期公式,得到重力加速度的表达式,再分析造成重力加速度测量值偏大的原因.由单摆周期公式的变形公式求出T2-L关系表达式,即可求g,图象是一次函数,表示成线性关系.
解答:解:(1)①设圆的半径为R,根据几何知识得,sinr=,sini=
根据折射定律n=得:
n=
②若从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2,其原因可能是沿P1、P2方向入射光在玻璃砖底边的界面上发生了全反射;
(2)根据已知条件可知,T=
根据单摆的周期公式得:
T=2
解得:g=
A、测量摆长时,把摆线长当成摆长时,摆长l偏小,测得的重力加速度数值应小于实际值.故A错误.
B、摆线上端没有系牢,摆动过程因松动而使摆线变长,则所测单摆的实际周期T偏大,所以所测重力加速度偏小,故B错误;
C、将摆球(n-1)次全振动的时间t记为了n次全振动的时间,根据g=可知,g偏大,故C正确;
D、重力加速度与摆球质量无关,故D错误;
故选C
③根据单摆的周期公式得:
T=2
所以T2=4π2=,所以T2-L图象中的斜率k=,即g=
④实验中得到的线性图线,根据T=2(1+sin2)得:sin2=,所以sin2与T成一次函数关系,
所以图乙中的纵轴表示的是sin2,图线延长后与横轴交点的横坐标为
故答案为:(1);沿P1、P2方向入射光在玻璃砖底边的界面上发生了全反射;(2);C;;sin2
点评:(1)本题采用单位圆法测量玻璃砖的折射率,是数学知识在物理实验中的运用,简单方便.(2)解决本题的关键掌握单摆的周期公式T=2,会通过g=,分析因摆长、周期的误差而引起重力加速度的误差.
练习册系列答案
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a.把白纸用图钉钉在木板上,在白纸上作出直角坐标系xOy,在白纸上画一条线段 AO表示入射光线.
b.把半圆形玻璃砖M放在白纸上,使其底边aa′与Ox轴重合.
c.用一束平行于纸面的激光从y>0区域沿y轴负方向射向玻璃砖,并沿x轴方向调整玻璃砖的位置,使这束激光从玻璃砖底面射出后,仍沿y轴负方向传播.
d.在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2
e.在坐标系的y<0的区域内竖直地插上大头针P3,并使得从P3一侧向玻璃砖方向看去,P3能同时挡住观察P1和P2的视线.
f.移开玻璃砖,作OP3连线,用圆规以O点为圆心画一个圆(如图中虚线所示),此圆与AO线交点为B,与OP3连线的交点为C.确定出B点到x轴、y轴的距离分别为x1、y1、,C点到x轴、y轴的距离分别为x2、y2
①根据上述所确定出的B、C两点到两坐标轴的距离,可知此玻璃折射率测量值的表达式为n=
 

②若实验中该同学在y<0的区域内,从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2,其原因可能是:
 

(2)在“用单摆测重力加速度”的实验中,某同学的主要操作步骤如下:
a.取一根符合实验要求的摆线,下端系一金属小球,上端固定在O点;
b.在小球静止悬挂时测量出O点到小球球心的距离l;
c.拉动小球使细线偏离竖直方向一个不大的角度(约为5°),然后由静止释放小球;
d.用秒表记录小球完成n次全振动所用的时间t.
①用所测物理量的符号表示重力加速度的测量值,其表达式为g=
 

②若测得的重力加速度数值大于当地的重力加速度的实际值,造成这一情况的原因可能是
 
.(选填下列选项前的序号)
A.测量摆长时,把摆线的长度当成了摆长
B.摆线上端未牢固地固定于O点,振动中出现松动,使摆线越摆越长
C.测量周期时,误将摆球(n-1)次全振动的时间t记为了n次全振动的时间,并由计算式T=t/n求得周期
D.摆球的质量过大
③在与其他同学交流实验方案并纠正了错误后,为了减小实验误差,他决定用图象法处理数据,并通过改变摆长,测得了多组摆长l和对应的周期T,并用这些数据作出T2-l图象如图甲所示.若图线的斜率为k,则重力加速度的测量值g=
 

④这位同学查阅资料得知,单摆在最大摆角θ较大时周期公式可近似表述为T=2π
l
g
(1+
1
4
sin2
θ
2
).为了用图象法验证单摆周期T和最大摆角θ的关系,他测出摆长为l的同一单摆在不同最大摆角θ时的周期T,并根据实验数据描绘出如图乙所示的图线.根据周期公式可知,图乙中的纵轴表示的是
 
,图线延长后与横轴交点的横坐标为
 

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