高中 | 单摆的周期 题目答案及解析

稿件来源:高途

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选修3-4

第十一章 机械振动

11.4 单摆

单摆的周期

小明和小华同学在“用单摆测量重力加速度大小”。

提供下列几个相同大小的小球,应选择$(\quad\ \ \ \ )$

["

实心钢球

","

空心钢球

","

实心铝球

","

空心铝球

"]
[["A"]]

为减小空气阻力的影响,应选择密度大,体积小的实心钢球。

故选:$\rm A$

选择器材,将摆球用细线悬挂在固定装置的横杆上,则悬挂方式应采用$(\quad\ \ \ \ )$

["

","

","

"]
[["C"]]

$\rm AB$.对$\rm A$$\rm B$两种方式,在单摆摆动过程中,单摆的悬点不固定,摆长会发生改变,故$\rm AB$错误;

$\rm C$.对$\rm C$所示方式,单摆的悬点固定,单摆摆动过程中摆长不变,故$\rm C$正确。

故选:$\rm C$

小明为测得摆线的长度为$L$,并测得单摆经历$n$次全振动的时间为$t$,小球的直径为$d$,则当地重力加速度值的表达式为$g=$                 (结果用$L$$d$$n$$t$表示)。

[["$\\dfrac{2\\pi^{2}n^{2}}{t^{2}}(2L+d)$"]]

根据题意可知,单摆的摆长为$l=L+\dfrac{d}{2}$

单摆的周期为$T=\dfrac{t}{n}$

由单摆的周期公式$T=2\pi\sqrt{\dfrac{l}{g}}$可得,当地重力加速度值的表达式为$g=\dfrac{2\pi^{2}n^{2}}{t^{2}}(2L+d)$

小华在没有游标卡尺的情况下,他先测出摆长较长时的摆线长度$L_{1}$,并测出此时单摆的振动周期$T_{1}$;然后把摆线长度缩短为$L_{2}$,再测出其振动周期$T_{2}$。则当地重力加速度值的表达式为$g=$                 (结果用$L_{1}$$L_{2}$$T_{1}$$T_{2}$表示)。

[["$\\dfrac{4\\pi^{2}\\left( L_{1}-L_{2} \\right)}{T_{1}^{2}-T_{2}^{2}}$"]]

若摆线长度为$L_{1}$,此时单摆的振动周期为$T_{1}=2\pi\sqrt{\dfrac{L_{1}+\dfrac{d}{2}}{g}}$

若摆线长度为$L_{2}$,此时单摆的振动周期为$T_{2}=2\pi\sqrt{\dfrac{L_{2}+\dfrac{d}{2}}{g}}$

联立解得当地重力加速度值的表达式为$g=\dfrac{4\pi^{2}\left( L_{1}-L_{2} \right)}{T_{1}^{2}-T_{2}^{2}}$

为了减小重力加速度的测量误差,上面两位同学在数据测量或处理上可以采取什么措施?                 

[["多次改变摆线长度$L$,并测得相应的周期$T$,画出$L-T^{2}$图线,利用其斜率计算重力加速度"]]

可以采取的措施为多次改变摆线长度$L$,并测得相应的周期$T$,画出$L-T^{2}$图线,利用其斜率计算重力加速度。

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