题目内容

3.某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素:

(1)他组装单摆时,在摆线上端的悬点处,用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线,再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧,如图1所示.这样做的目的是AC(填字母代号).
A、保证摆动过程中摆长不变      B、可使周期测量得更加准确
C、需要改变摆长时便于调节      D、保证摆球在同一竖直平面内摆动
(2)该同学探究单摆周期与摆长关系,他用分度值为毫米的直尺测得摆线长为89.40cm,用游标卡尺测得摆球直径如图2甲所示,读数为2.050cm.则该单摆的摆长为90.425cm(此空保留三位小数).如果计算得到g测量值偏大,可能的原因是ABD(填序号).
A、计算摆长时加的是摆球的直径
B、开始计时时,停表晚按下
C、摆线上端未牢固系于悬点,振动中出现松动,使摆线长度增加(实验过程中先测摆长后测周期)
D、实验中误将30次全振动记为31次
(3)下列振动图象真实地描绘了对摆长约为1m的单摆进行周期测量的四种操作过程,图中横坐标原点表示计时开始,A、B、C、D均为30次全振动的图象,已知sin5°=0.087,sin15°=0.26,这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是A(填字母代号).

分析 (1)实验过程要保持摆长不变,还要方便调节摆长;
(2)游标卡尺主尺与游标尺示数之和是游标卡尺示数,摆线长度与摆球半径之和是摆长;应用单摆周期公式求出重力加速度的表达式,然后分析实验误差;
(3)当摆角小于等于5°时,我们认为小球做单摆运动,为减小实验误差,应从摆球经过平衡位置时开始计时.

解答 解:(1)在摆线上端的悬点处,用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线,再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧,是为了防止动过程中摆长发生变化,如果需要改变摆长来探究摆长与周期关系时,方便调节摆长,故AC正确,故选AC;
(2)由图示游标卡尺可知,其示数为:20mm+10×0.05=20.50mm=2.050cm,
单摆的摆长:L=l+$\frac{d}{2}$=89.40cm+$\frac{2.050cm}{2}$=90.425cm;
由单摆周期公式:T=2π$\sqrt{\frac{L}{g}}$可知,重力加速度:g=$\frac{4{π}^{2}L}{{T}^{2}}$;
A、计算摆长时加的是摆球的直径,所测摆长偏大,由g=$\frac{4{π}^{2}L}{{T}^{2}}$可知,所测重力加速度偏大,故A正确;
B、开始计时时,停表晚按下,所测周期T偏小,由g=$\frac{4{π}^{2}L}{{T}^{2}}$可知,所测重力加速度偏大,故B正确;
C、摆线上端未牢固系于悬点,振动中出现松动,使摆线长度增加,所测周期T偏大,实验过程中先测摆长后测周期,所测摆长偏小,由g=$\frac{4{π}^{2}L}{{T}^{2}}$可知,所测重力加速度偏小,故C错误;
D、实验中误将30次全振动记为31次,所测周期T偏小,由g=$\frac{4{π}^{2}L}{{T}^{2}}$可知,所测重力加速度偏大,故D正确;故选ABD;
(3)当摆角小于等于5°时,我们认为小球做单摆运动,所以振幅约为:0.90425×0.087m≈0.080m=8cm,当小球摆到最低点开始计时,误差较小,测量周期时要让小球做30-50次全振动,求平均值,所以A合乎实验要求且误差最小;故选A.
故答案为:(1)AC;(2)2.050,90.425,ABD;(3)A.

点评 掌握单摆的周期公式,从而求解加速度,摆长、周期等物理量之间的关系.单摆的周期采用累积法测量可减小误差.对于测量误差可根据实验原理进行分析.

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