题目内容

1.甲同学想在家里做用单摆测定重力加速度的实验,但没有合适的摆球,他找到了一块大小为3cm左右,外形不规则的大理石块代替小球.他设计的实验步骤是:
A.将石块用细线系好,结点为M,将细线的上端固定于O点(如图所示)
B.用刻度尺测量OM间细线的长度l作为摆长
C.将石块拉开一个大约α=30°的角度,然后由静止释放
D.从摆球摆到最高点时开始计时,测出30次全振动的总时间t,由T=$\frac{t}{30}$得出周期.
①则该同学以上实验步骤中有错误的是BCD.
②若该同学用OM的长作为摆长,这样做引起的系统误差将使重力加速度的测量值比真实值偏小 (偏大或偏小).
③如果该同学改正了错误,改变OM间细线的长度做了2次实验,记下每次相应的线长度l1、l2和周期T1、T2,则由上述四个量得到重力加速度g的表达式是g=$\frac{4{π}^{2}({l}_{2}-{l}_{1})}{{T}_{2}^{2}-{T}_{1}^{2}}$.

分析 (1)摆长等于悬点到大理石块的质心的距离;单摆在摆角较小时(小于5°)可看成简谐运动;在最低点速度最大,从最高点开始计时误差最大;
(2)根据单摆的周期公式T=2π$\sqrt{\frac{L}{g}}$,得到g的表达式,再分析误差的大小.
(3)根据单摆的周期公式T=2π$\sqrt{\frac{L}{g}}$,列方程求解.

解答 解:(1)则该同学以上实验步骤中有错误的是BCD;
B中,摆长应是从悬点到大理石块的质心的距离;
C中,摆球的摆角太大,将不能看作简谐运动,单摆周期公式失效,不能测定g;
D中,测量时间应从单摆摆到最低点开始,因为最低位置摆球速度最大,相同的视觉距离误差,引起的时间误差较小,则周期测量比较准确.
(2)根据单摆的周期公式T=2π$\sqrt{\frac{L}{g}}$,得:g=$\frac{4{π}^{2}L}{{T}^{2}}$.
该同学用OM的长L作为摆长,摆长偏小,根据上述表达式得知,g的测量值偏小.
(3)设摆线的结点到大理石质心的距离为r,则根据单摆的周期公式T=2π$\sqrt{\frac{L}{g}}$得:
  T1=2π$\sqrt{\frac{{l}_{1}+r}{g}}$
T2=2π$\sqrt{\frac{{l}_{2}+r}{g}}$
联立解得:g=$\frac{4{π}^{2}({l}_{2}-{l}_{1})}{{T}_{2}^{2}-{T}_{1}^{2}}$;
故答案为:(1)BCD;(2)偏小;(3)g=$\frac{4{π}^{2}({l}_{2}-{l}_{1})}{{T}_{2}^{2}-{T}_{1}^{2}}$.

点评 对于单摆实验,关键要掌握实验原理:单摆的周期公式T=2π$\sqrt{\frac{L}{g}}$,准确理解L的含义和实验条件、操作方法.对秒表进行读数时,要先确定秒表的分度值,秒表示数是分针与秒针示数之和.

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网