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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)12 探究單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系練習(xí)(含解析)
1.(多選)將一個(gè)電動(dòng)傳感器接到計(jì)算機(jī)上,就可以測(cè)量快速變化的力,用這種方法測(cè)得的某單擺擺動(dòng)時(shí)懸線上拉力的大小隨時(shí)間變化的曲線如圖所示.某同學(xué)由此圖象提供的信息作出的下列判斷中,正確的是( )
A.t=0.2 s時(shí)擺球正經(jīng)過最低點(diǎn)
B.t=1.1 s時(shí)擺球正經(jīng)過最低點(diǎn)
C.?dāng)[球擺動(dòng)過程中機(jī)械能減小
D.?dāng)[球擺動(dòng)的周期是T=1.4 s
答案:AC 解析:懸線拉力在經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)最大,t=0.2 s時(shí),F(xiàn)有正向最大值,故A選項(xiàng)正確;t=1.1 s時(shí),F(xiàn)有最小值,不在最低點(diǎn),周期應(yīng)為T=1.2 s,因振幅減
2、小,故機(jī)械能減小,C選項(xiàng)正確.
2.在做“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)時(shí),用擺長(zhǎng)l和周期T計(jì)算重力加速度的公式是g=.
(1)如果已知擺球直徑為2.00 cm,讓刻度尺的零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)擺線的懸點(diǎn),擺線豎直下垂,如圖甲所示,那么單擺擺長(zhǎng)是________.如果測(cè)定了40次全振動(dòng)的時(shí)間如圖乙中秒表所示,那么秒表讀數(shù)是________s.單擺的擺動(dòng)周期是________s.
(2)如果測(cè)得的g值偏小,可能的原因是________(填寫代號(hào)).
A.測(cè)擺長(zhǎng)時(shí),忘記了擺球的半徑
B.?dāng)[線上端懸點(diǎn)未固定,振動(dòng)中出現(xiàn)松動(dòng),使擺線長(zhǎng)度增加了
C.開始計(jì)時(shí)時(shí),秒表過早按下
D.實(shí)驗(yàn)中誤將39次全振動(dòng)
3、次數(shù)記為40次
答案:(1)87.50 cm 75.2 1.88 (2)ABC
3.有兩個(gè)同學(xué)利用假期分別去參觀北大和南大的物理實(shí)驗(yàn)室,各自在那里利用先進(jìn)的DIS系統(tǒng)較準(zhǔn)確地探究了“單擺的周期T與擺長(zhǎng)l的關(guān)系”,他們通過校園網(wǎng)交換實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并由計(jì)算機(jī)繪制了T2-l圖象,如圖甲所示,去北大的同學(xué)所測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)的圖線是________(填“A”或“B”).另外,在南大做探究的同學(xué)還利用計(jì)算機(jī)繪制了a、b兩個(gè)擺球的振動(dòng)圖象(如圖乙所示),由圖可知,兩單擺擺長(zhǎng)之比=________.在t=1 s時(shí),b球振動(dòng)的方向是________.
答案:B 沿y軸負(fù)方向
解析:由單擺的周期公式T=2
4、π 得:T2=l,即圖象的斜率k=,重力加速度越大,斜率越小,我們知道北京的重力加速度比南京的大,所以去北大的同學(xué)所測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)的圖線是B;從題圖可以得出Tb=1.5Ta,由單擺的周期公式得:Ta=2π,Tb=2π,聯(lián)立解得=;從題圖可以看出,t=1 s時(shí)b球正在向負(fù)最大位移運(yùn)動(dòng),所以b球的振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向.
4.某同學(xué)用實(shí)驗(yàn)的方法探究影響單擺周期的因素.
(1)他組裝單擺時(shí),在擺線上端的懸點(diǎn)處,用一塊開有狹縫的橡皮夾牢擺線,再用鐵架臺(tái)的鐵夾將橡皮夾緊,如圖所示.這樣做的目的是________(填字母代號(hào)).
A.保證擺動(dòng)過程中擺長(zhǎng)不變
B.可使周期測(cè)量得更加準(zhǔn)確
C.需要
5、改變擺長(zhǎng)時(shí)便于調(diào)節(jié)
D.保證擺球在同一豎直平面內(nèi)擺動(dòng)
(2)他組裝好單擺后在擺球自然懸垂的情況下,用毫米刻度尺從懸點(diǎn)量到擺球的最低端的長(zhǎng)度L=0.999 0 m,再用游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球直徑,結(jié)果如圖所示,則該擺球的直徑為________mm,單擺擺長(zhǎng)為________m.
(3)下列振動(dòng)圖象真實(shí)地描述了對(duì)擺長(zhǎng)約為1 m的單擺進(jìn)行周期測(cè)量的四種操作過程,圖中橫坐標(biāo)原點(diǎn)表示計(jì)時(shí)開始,A、B、C均為30次全振動(dòng)的圖象,已知sin 5°=0.087,sin 15°=0.26,這四種操作過程合乎實(shí)驗(yàn)要求且誤差最小的是________(填字母代號(hào)).
答案:(1)AC (2)12.0 0.9
6、93 0 (3)A
解析:(1)在“探究影響單擺周期的因素”實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)使單擺在擺動(dòng)過程中擺長(zhǎng)不變,而且擺長(zhǎng)便于調(diào)節(jié),故選項(xiàng)A、C正確,選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤.
(2)擺球的直徑d=12 mm+0×0.1 mm=12.0 mm
擺長(zhǎng)l=L-=0.999 0 m-0.006 0 m=0.993 0 m.
(3)單擺振動(dòng)的擺角θ≤5°,當(dāng)θ=5°時(shí)單擺振動(dòng)的振幅A=lsin 5°=0.087 m=8.7 cm,且為了計(jì)時(shí)準(zhǔn)確,應(yīng)在擺球擺至平衡位置時(shí)開始計(jì)時(shí),故選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤.
5.在“探究單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中.
(1)A同學(xué)按如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn).甲、乙兩圖是從不同
7、角度對(duì)同一實(shí)驗(yàn)裝置拍攝所得的效果,甲圖為擺球靜止在平衡位置的情形,乙圖為擺球振動(dòng)過程中某一時(shí)刻的情形.根據(jù)圖示,請(qǐng)指出A同學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置或?qū)嶒?yàn)操作中2個(gè)不正確之處:
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________.
(2)B同學(xué)在探究此實(shí)驗(yàn)過程中,依據(jù)正確的實(shí)驗(yàn)裝置和操作,測(cè)量6種不同擺長(zhǎng)(l)情況下單擺的振動(dòng)周期(T),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見如下的記
8、錄表格:
次數(shù)
1
2
3
4
5
6
擺長(zhǎng)l/cm
30.00
50.00
70.00
90.00
110.00
130.00
30次全振動(dòng)的時(shí)間t/s
33.1
42.6
47.1
56.7
62.6
68.6
振動(dòng)周期T/s
1.10
1.42
1.57
1.89
2.09
2.29
振動(dòng)周期的平方T2/s2
1.21
2.02
2.46
3.57
4.37
5.24
請(qǐng)你將測(cè)量數(shù)據(jù)標(biāo)在坐標(biāo)紙上,并作出T2隨l變化的關(guān)系圖象.
(3)請(qǐng)你根據(jù)(2)中作出的T2隨l變化的關(guān)系圖象,說明能否求出實(shí)驗(yàn)所在地的重力加速
9、度g.若不能,說明理由;若能,則寫出相應(yīng)的重力加速度的數(shù)學(xué)表達(dá)式,并指出所用字母的含義.________________________________________________________________________.
答案:(1)①擺球的體積太大 ②擺球擺動(dòng)過程中擺角太大
(2)見下圖
(3)能 g=,式中k表示圖線的斜率
解析:(1)單擺實(shí)驗(yàn)中擺球應(yīng)選用密度較大的金屬球,直徑應(yīng)較小,由圖片可以看出實(shí)驗(yàn)所用的擺球體積太大;由甲圖可以看出單擺懸線的上端隨意卷在鐵架臺(tái)的桿上,這樣擺動(dòng)時(shí)擺長(zhǎng)可能會(huì)改變,正確的做法應(yīng)是單擺懸線應(yīng)夾緊在鐵夾中,以免擺動(dòng)時(shí)發(fā)生擺線下滑,擺長(zhǎng)改變的現(xiàn)象;由乙圖可看出擺角過大.
(2)在坐標(biāo)紙上橫坐標(biāo)可取20、40、60、80、100、120,單位是cm,縱坐標(biāo)可以取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0,單位是s2,再根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)描點(diǎn)作圖,是一條過原點(diǎn)的傾斜直線.
(3)由單擺的周期公式T=2π可知T2=4π2,可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭.由(2)中的圖線可以得到斜率k,結(jié)合周期公式知道k=,則g=,式中k表示圖線的斜率.