题目内容

20.如图所示,小罗同学利用焊有细钢针的音叉(固有频率为f0)、熏有煤油灯烟灰的均匀金属片和刻度尺来测定重力加速度,他的实验步骤有:
A、将熏有烟灰的金属片静止悬挂,调整音叉的位置,使音叉不振动时,针尖刚好能水平接触金属片,如图(a)所示.
B、轻敲音叉,使它振动,同时烧断悬线,使金属片自由下落.
C、从金属片上选取针尖划痕清晰的一段,从某时刻起针尖经过平衡位置的点依次为B、C、D、E、F、G、H,测出它们相邻之间的距离分别为b1、b2、b3、b4、b5、b6,如图(b)所示.
(1)推导计算重力加速度的表达式:g=$\frac{4}{9}$(b6+b5+b4-b3-b2-b1)f02;
(2)金属片自由下落后(不计针尖与金属片间的摩擦),图(c)中3幅图中,你认为针尖在金属片上的划痕正确的是C;
(3)若从悬线烧断瞬间开始计时,钢针开始向左振动,且设向左位移为正,钢针这幅为A,金属片下落h时,钢针对平衡位置的位移y的表达式为y=Asin(2πf0$\sqrt{\frac{2h}{g}}$).(重力加速度取g)

分析 (1)在匀变速直线运动中,连续相等时间内的位移差为常数,即△x=aT2,用逐差法来计算重力加速度,
(2)自由落体是匀加速直线运动,越向下速度越快,金属片振动的周期不变;
(3)根据振幅、角频率和初相位,写出振动的位移表达式.

解答 解:(1)在匀变速直线运动中,连续相当时间内的位移差为常数,即△x=aT2,则有
  b4-b1=g1T2; b5-b2=g2T2; b6-b3=g3T2;
又 T=$\frac{1}{2}$•$\frac{1}{{f}_{0}}$
重力加速度 g=$\frac{{a}_{1}+{a}_{2}+{a}_{3}}{3}$,
联立解得 g=$\frac{4}{9}$(b6+b5+b4-b3-b2-b1)f02 
(2)自由落体是匀加速直线运动,越向下速度越快,金属片振动的周期不变,故选C;
(3)若从悬线烧断瞬间开始计时,钢针开始向左振动,且设向左位移为正,振动图象为正弦函数,即y=Asinωt,ω=2πf0,
金属片下落h时的时间为:t=$\sqrt{\frac{2h}{g}}$
所以金属片下落h时,钢针对平衡位置的位移y的表达式为:y=Asin(2πf0$\sqrt{\frac{2h}{g}}$)
故答案为:
(1)g=$\frac{4}{9}$(b6+b5+b4-b3-b2-b1)f02.
(2)C.
(3)Asin(2πf0$\sqrt{\frac{2h}{g}}$).

点评 本题的关键要利用逐差法来计算重力加速度,要注意音叉振动周期与匀变速运动推论△x=aT2中T的区别和联系,不能混为一谈.

练习册系列答案
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5.(1)在“研究平抛物体运动”的实验中,可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度.实验简要步骤如下:
A.让小球多次从同一位置由静止滚下,记下小球穿过卡片孔的一系列位置;
B.安装好器材,注意斜槽末端水平和平板竖直,记下斜槽末端O点和过O点的竖直线,检测斜槽末端水平的方法是:小球放在斜槽末端任意位置总能静止即可认为槽末端水平.
C.测出曲线上某点的坐标x、y,即可算出该小球平抛运动的初速度,实验需要对多个点求v0的值,然后求它们的平均值.
D.取下白纸,以O为原点,以竖直线为y轴,水平线为x轴建立平面直角坐标系,用平滑曲线连接画出小球的平抛运动轨迹.
你认为该实验合理的实验步骤顺序应为:(只填写步骤顺序代表字母)BADC
(2)该实验中,下列措施中对实验没有影响的为CD.(选填序号)
A.斜槽轨道末端切线必须水平;      B.小球每次应从斜槽同一位置静止释放;
C.每次要平衡摩擦力;             D.斜槽轨道必须光滑.
(3)在该实验中,若一名同学以抛出点为坐标原点,分别沿水平方向和竖直方向为x轴和y轴,如图所示.从轨迹上量出某点A的坐标为(10,19.6),则该小球抛出时的水平初速度大小为0.5m/s;若轨迹上某点的x坐标为5时,则该点的y坐标为4.9.

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