Question

【題目】用單擺測定重力加速度的實驗裝置如下圖1所示．

（1）組裝單擺時，應(yīng)在下列器材中選用_________（選填選項前的字母）．

A．長度為1m左右的細線 B．長度為30cm左右的細線

C．直徑為1.8cm的塑料球 D．直徑為1.8cm的鐵球

(2)在該實驗中,單擺的擺角φ應(yīng)________,從擺球經(jīng)過________開始計時,測出n次全振動的時間為t,用毫米刻度尺測出擺線長為L,用游標卡尺測出擺球的直徑為d。用上述物理量的符號寫出測出的重力加速度的一般表達式為g=________。

（3）某同學(xué)在實驗中，先測得懸點O到小球下端距離為97.50cm，擺球直徑2.00cm，然后用停表記錄了單擺振動50次所用的時間如右圖所示，則該擺擺長為__cm，停表表示讀數(shù)為____s。

（4）用多組實驗數(shù)據(jù)做出T2﹣L圖象，也可以求出重力加速度g，已知三位同學(xué)做出的T2﹣L圖線的示意圖如圖2中的a、b、c所示，其中a和b平行，b和c都過原點，圖線b對應(yīng)的g值最接近當?shù)刂亓�加速度的值．則相對于圖線b，下列分析正確的是_______（選填選項前的字母）．

A．出現(xiàn)圖線a的原因可能是誤將懸點到小球下端的距離記為擺長L

B．出現(xiàn)圖線c的原因可能是誤將49次全振動記為50次

C．圖線c對應(yīng)的g值小于圖線b對應(yīng)的g值

D．圖線a對應(yīng)的g值大于圖線b對應(yīng)的g值

（5）某同學(xué)測出不同擺長時對應(yīng)的周期Y，作出T2﹣L圖線，如圖3所示，再利用圖線上任兩點A、B的坐標（x1，y1）、B（x2，y2），可求得g＝ ____．若該同學(xué)測擺長時漏加了小球半徑，而其它測量、計算均無誤，則用上述方法算得的g值和真實值相比是____的（選項“偏大”、“偏小”或“不變”）．

(6)某同學(xué)在實驗室操作實驗時會遇到如下困難：

如圖1所示，在物理支架的豎直立柱上固定有擺長約1m的單擺。實驗時，由于僅有量程為20cm、精度為1mm的鋼板刻度尺，于是他先使擺球自然下垂，在豎直立柱上與擺球最下端處于同一水平面的位置做一標記點，測出單擺的周期T1；然后保持懸點位置不變，設(shè)法將擺長縮短一些，再次使擺球自然下垂，用同樣方法在豎直立柱上做另一標記點，并測出單擺的周期T2；最后用鋼板刻度尺量出豎直立柱上兩標記點之間的距離△L．用上述測量結(jié)果，寫出重力加速度的表達式g＝______。

問題3：請結(jié)合上述問題說明：用單擺測定重力加速度的實驗中利用數(shù)據(jù)處理的方法有幾種請簡略說明（至少寫出兩種）_________________________________________________________________

Answer 1

【答案】AD 小于5° 平衡位置 96.5cm 99.8s B g 不變 g 方法一：測出單擺的擺長和周期，利用單擺的周期公式求解，方法二：測出多組擺線長和周期，通過做T2﹣L圖象求解當?shù)刂亓�加速度，方法三：通過擺長的變化量△L，測出變化前后的周期T1、T2列方程求解。（寫任意兩種即可）

【解析】

（1）組裝單擺時，擺線選擇長度1m左右的細線，擺球選擇質(zhì)量大一些體積小一些的鐵球，故選：AD．

（2）當單擺擺角小于5°時單擺的運動是簡諧運動，故,單擺的擺角φ應(yīng)小于5°，擺球在平衡位置時速度最大，為了減小誤差，在平衡位置啟動秒表和結(jié)束計時，根據(jù)單擺的周期公式得：，其中周期，聯(lián)立解得：。

（3）擺長，秒表的讀數(shù)為90s+9.8s=99.8s。

（4）根據(jù)單擺的周期公式T＝2π得，T2，根據(jù)數(shù)學(xué)知識可知，T2﹣L圖象的斜率k，當?shù)氐闹亓�加速�?/span>g．

A、由圖2所示圖象可知，對圖線a，當L為零時T不為零，所測擺長偏小，可能是把擺線長度作為擺長，即把懸點到擺球上端的距離作為擺長，故A錯誤；

B、實驗中誤將49次全振動記為50次，則周期的測量值偏小，導(dǎo)致重力加速度的測量值偏大，圖線的斜率k偏�。�故B正確；

C、由圖可知，圖線c對應(yīng)的斜率k偏小小于圖線b對應(yīng)的斜率，由g可知，圖線c對應(yīng)的g值大于圖線b對應(yīng)的g值，故C錯誤；

D、由圖示圖象可知，圖線a與圖線b的斜率相等，由g可知，圖線a對應(yīng)的g值等于圖線b對應(yīng)的g值，故D錯誤。

（5）根據(jù)單擺的周期公式T＝2π得，T2，T2﹣L圖象的斜率：k，重力加速度：g；

若該同學(xué)測擺長時漏加了小球半徑，而其它測量、計算均無誤，也不考慮實驗誤差，T2﹣L圖象的斜率不變，所測重力加速度g不變即算得的g值和真實值相比是不變的．

（6）由單擺周期公式，根據(jù)題意看得：T1＝2π，，解得：g．由以上問題可知，處理數(shù)據(jù)的方法有三種：方法一：測出單擺的擺長和周期，利用單擺的周期公式求解，方法二：測出多組擺線長和周期，通過做T2﹣L圖象求解當?shù)刂亓�加速度，方法三：通過擺長的變化量△L，測出變化前后的周期T1、T2列方程求解。