高中物理 實(shí)驗(yàn)13 探究單擺的擺長(zhǎng)與周期的關(guān)系學(xué)案

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1、 實(shí)驗(yàn)十三　探究單擺的擺長(zhǎng)與周期的關(guān)系 考綱解讀1.知道把單擺的運(yùn)動(dòng)看做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件.2.會(huì)探究與單擺的周期有關(guān)的因素.3.會(huì)用單擺測(cè)定重力加速度． 基本實(shí)驗(yàn)要求 1．實(shí)驗(yàn)原理 當(dāng)偏角很小時(shí)，單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)周期為T(mén)＝2π ，它與偏角的大小及擺球的質(zhì)量無(wú)關(guān)，由此得到g＝.因此，只要測(cè)出擺長(zhǎng)l和振動(dòng)周期T，就可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的值． 2．實(shí)驗(yàn)器材 帶有鐵夾的鐵架臺(tái)、中心有小孔的金屬小球，不易伸長(zhǎng)的細(xì)線(xiàn)(約1米)、秒表、毫米刻度尺和游標(biāo)卡尺． 3．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)讓細(xì)線(xiàn)的一端穿過(guò)金屬小球的小孔，然后打一個(gè)比小孔大一些的線(xiàn)結(jié)，做成單擺． (2)把細(xì)線(xiàn)的上端用鐵

2、夾固定在鐵架臺(tái)上，把鐵架臺(tái)放在實(shí)驗(yàn)桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，讓擺球自然下垂，在單擺平衡位置處作上標(biāo)記，如實(shí)驗(yàn)原理圖所示． (3)用毫米刻度尺量出擺線(xiàn)長(zhǎng)度l′，用游標(biāo)卡尺測(cè)出擺球的直徑，即得出金屬小球半徑r，計(jì)算出擺長(zhǎng)l＝l′＋r. (4)把單擺從平衡位置處拉開(kāi)一個(gè)很小的角度(不超過(guò)5°)，然后放開(kāi)金屬小球，讓金屬小球擺動(dòng)，待擺動(dòng)平穩(wěn)后測(cè)出單擺完成30～50次全振動(dòng)所用的時(shí)間t，計(jì)算出金屬小球完成一次全振動(dòng)所用時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是單擺的振動(dòng)周期，即T＝(N為全振動(dòng)的次數(shù))，反復(fù)測(cè)3次，再算出周期＝. (5)根據(jù)單擺周期公式T＝2π 計(jì)算當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝. (6)改變擺長(zhǎng)，重做幾次實(shí)驗(yàn)，

3、計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)的重力加速度值，求出它們的平均值，該平均值即為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎担? (7)將測(cè)得的重力加速度值與當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎迪啾容^，分析產(chǎn)生誤差的可能原因． 　　　規(guī)律方法總結(jié) 1．注意事項(xiàng) (1)構(gòu)成單擺的條件：細(xì)線(xiàn)的質(zhì)量要小、彈性要小，選用體積小、密度大的小球，擺角不超過(guò)5°. (2)要使擺球在同一豎直面內(nèi)擺動(dòng)，不能形成圓錐擺，方法是將擺球拉到一定位置后由靜止釋放． (3)測(cè)周期的方法：①要從擺球過(guò)平衡位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)．因?yàn)榇颂幩俣却蟆⒂?jì)時(shí)誤差小，而最高點(diǎn)速度小、計(jì)時(shí)誤差大． ②要測(cè)多次全振動(dòng)的時(shí)間來(lái)計(jì)算周期．如在擺球過(guò)平衡位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，且在數(shù)“零”的同時(shí)按下秒表，以后每

4、當(dāng)擺球從同一方向通過(guò)平衡位置時(shí)計(jì)數(shù)1次． (4)本實(shí)驗(yàn)可以采用圖象法來(lái)處理數(shù)據(jù)．即用縱軸表示擺長(zhǎng)l，用橫軸表示T2，將實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在坐標(biāo)平面上標(biāo)出，應(yīng)該得到一條傾斜直線(xiàn)，直線(xiàn)的斜率k＝.這是在眾多的實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常采用的科學(xué)處理數(shù)據(jù)的重要辦法． 2．?dāng)?shù)據(jù)處理 處理數(shù)據(jù)有兩種方法：(1)公式法：測(cè)出30次或50次全振動(dòng)的時(shí)間t，利用T＝求出周期；不改變擺長(zhǎng)，反復(fù)測(cè)量三次，算出三次測(cè)得的周期的平均值，然后代入公式g＝求重力加速度． (2)圖象法： 由單擺周期公式不難推出：l＝T2，因此，分別測(cè)出一系列擺長(zhǎng)l對(duì)應(yīng)的周期T，作l－T2的圖象，圖象應(yīng)是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，求出圖線(xiàn)的斜率k＝，即可利用

5、g＝4π2k求得重力加速度值，如圖1所示． 圖1 3．誤差分析 (1)系統(tǒng)誤差的主要來(lái)源：懸點(diǎn)不固定，球、線(xiàn)不符合要求，振動(dòng)是圓錐擺而不是在同一豎直平面內(nèi)的振動(dòng)等． (2)偶然誤差主要來(lái)自時(shí)間的測(cè)量上，因此，要從擺球通過(guò)平衡位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，不能多計(jì)或漏計(jì)振動(dòng)次數(shù)． 考點(diǎn)一　實(shí)驗(yàn)操作與誤差分析 例1　(2012·天津·9(2))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(xiàn)上端的懸點(diǎn)處，用一塊開(kāi)有狹縫的橡皮夾牢擺線(xiàn)，再用鐵架臺(tái)的鐵夾將橡皮夾緊，如圖2所示．這樣做的目的是________(填字母代號(hào))． 圖2 A．保證擺動(dòng)過(guò)程中擺長(zhǎng)不變 B．可使周期

6、測(cè)量得更加準(zhǔn)確 C．需要改變擺長(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3所示，則該擺球的直徑為_(kāi)_______mm，單擺擺長(zhǎng)為_(kāi)_______m. 圖3 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(guò)程，圖中橫坐標(biāo)原點(diǎn)表示計(jì)時(shí)開(kāi)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(guò)程合乎實(shí)驗(yàn)要求且誤差最小的是____(填字母代號(hào))． 解析?、僭凇疤骄坑绊?/p>

7、單擺周期的因素”實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)使單擺在擺動(dòng)過(guò)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(kāi)始計(jì)時(shí)，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤． 答案　①AC?、?2.0　0.993 0?、跘 變式題組 1．[實(shí)驗(yàn)操作](2013·安徽·21Ⅰ)根據(jù)單擺周期公式T＝2π，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓?/p>

8、加速度．如圖4甲所示，將細(xì)線(xiàn)的上端固定在鐵架臺(tái)上，下端系一小鋼球，就做成了單擺． 圖4 (1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量小鋼球直徑，示數(shù)如圖乙所示，讀數(shù)為_(kāi)_______mm. (2)以下是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的一些做法，其中正確的有________． a．?dāng)[線(xiàn)要選擇細(xì)些的、伸縮性小些的，并且盡可能長(zhǎng)一些 b．?dāng)[球盡量選擇質(zhì)量大些、體積小些的 c．為了使擺的周期大一些，以方便測(cè)量，開(kāi)始時(shí)拉開(kāi)擺球，使擺線(xiàn)相距平衡位置有較大的角度 d．拉開(kāi)擺球，使擺線(xiàn)偏離平衡位置不大于5°，在釋放擺球的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)擺球回到開(kāi)始位置時(shí)停止計(jì)時(shí)，此時(shí)間間隔Δt即為單擺周期T e．拉開(kāi)擺球，使擺線(xiàn)偏離平衡位置不大

9、于5°，釋放擺球，當(dāng)擺球擺動(dòng)穩(wěn)定后，從平衡位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，記下擺球做50次全振動(dòng)所用的時(shí)間Δt，則單擺周期T＝ 答案　(1)18.6　(2)abe 解析　(1)十分度游標(biāo)尺的第6個(gè)刻度線(xiàn)與主尺刻度線(xiàn)對(duì)齊，所以讀數(shù)為18.6 mm.(2)對(duì)于單擺，擺線(xiàn)質(zhì)量可忽略且不可伸長(zhǎng)，所以應(yīng)選伸縮性小的細(xì)線(xiàn)，擺球應(yīng)選密度較大、體積小的鋼球；為使擺的周期大一些，由T＝2π 知，擺線(xiàn)應(yīng)長(zhǎng)些，所以選項(xiàng)a、b正確，為使單擺具有等時(shí)性，擺角應(yīng)小于5°，要減小測(cè)量周期的誤差，計(jì)時(shí)起點(diǎn)應(yīng)選在擺球的平衡位置，且測(cè)量多次(N)全振動(dòng)的總時(shí)間(Δt)，然后再算出周期T＝，選項(xiàng)e正確． 2．[誤差分析]某實(shí)驗(yàn)小組在利用單擺測(cè)

10、定當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊膶?shí)驗(yàn)中： 圖5 (1)用游標(biāo)卡尺測(cè)定擺球的直徑，測(cè)量結(jié)果如圖5所示，則該擺球的直徑為_(kāi)_______cm. (2)小組成員在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有如下說(shuō)法，其中正確的是________(填選項(xiàng)前的字母)． A．把單擺從平衡位置拉開(kāi)30°的擺角，并在釋放擺球的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí) B．測(cè)量擺球通過(guò)最低點(diǎn)100次的時(shí)間t，則單擺周期為 C．用懸線(xiàn)的長(zhǎng)度加擺球的直徑作為擺長(zhǎng)，代入單擺周期公式計(jì)算得到的重力加速度值偏大 D．選擇密度較小的擺球，測(cè)得的重力加速度值誤差較小 答案　(1)0.97　(2)C 解析　(1)由游標(biāo)尺的“0”刻線(xiàn)在主尺上的位置讀出擺球直徑的整毫米數(shù)為9mm=

11、0.9 cm，游標(biāo)尺中第7條刻度線(xiàn)與主尺刻度線(xiàn)對(duì)齊，所以應(yīng)為0.07 cm，所以擺球直徑為0.9 cm＋0.07 cm＝0.97 cm. (2)單擺應(yīng)從最低點(diǎn)計(jì)時(shí)，故A錯(cuò)；因一個(gè)周期內(nèi)，單擺有2次通過(guò)最低點(diǎn)，故B錯(cuò)；由T＝2π得，g＝，若用懸線(xiàn)的長(zhǎng)度加擺球的直徑作為擺長(zhǎng)，則g偏大，C對(duì)；因空氣阻力的影響，選密度小的擺球，測(cè)得的g值誤差大，D錯(cuò)． 考點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 例2　在探究單擺周期與擺長(zhǎng)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中， (1)關(guān)于安裝儀器及測(cè)量時(shí)的一些實(shí)驗(yàn)操作，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．用米尺測(cè)出擺線(xiàn)的長(zhǎng)度，記為擺長(zhǎng)l B．先將擺球和擺線(xiàn)放在水平桌面上測(cè)量擺長(zhǎng)l，再將單擺懸掛在鐵架臺(tái)上

12、 C．使擺線(xiàn)偏離豎直方向某一角度α(接近5°)，然后由靜止釋放擺球 D．測(cè)出擺球兩次通過(guò)最低點(diǎn)的時(shí)間間隔記為此單擺振動(dòng)的周期 (2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)如下表所示： 次數(shù) 1 2 3 4 5 擺長(zhǎng)l/cm 80.00 90.00 100.00 110.00 120.00 30次全振動(dòng)時(shí)間t/s 53.8 56.9 60.0 62.8 65.7 振動(dòng)周期T/s 1.79 1.90 2.00 2.09 2.19 振動(dòng)周期的平方T2/s2 3.20 3.61 4.00 4.37 4.80 請(qǐng)將測(cè)量數(shù)據(jù)標(biāo)在圖6中，并在圖中作出T2隨l變化的

13、關(guān)系圖象． 圖6 (3)根據(jù)數(shù)據(jù)及圖象可知單擺周期的平方與擺長(zhǎng)的關(guān)系是________． (4)根據(jù)圖象，可求得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹開(kāi)_______m/s2.(π＝3.14，結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 解析　(1)本實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)將擺球和擺線(xiàn)組成單擺之后再測(cè)量其擺長(zhǎng)，擺長(zhǎng)應(yīng)為懸點(diǎn)到擺球球心的距離，故A、B錯(cuò)誤；測(cè)量單擺的周期時(shí)，應(yīng)為相鄰兩次通過(guò)最低點(diǎn)并且通過(guò)最低點(diǎn)的速度方向相同，即單擺做一次全振動(dòng)，這段時(shí)間才為一個(gè)周期，為了減小誤差，須測(cè)量單擺的多個(gè)周期，然后再取平均值求出一個(gè)周期，故D錯(cuò)誤；單擺在擺角小于5°時(shí)可認(rèn)為做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，故C正確． (2)通過(guò)描點(diǎn)、連線(xiàn)可得到單擺的T2－l圖象，近

14、似為一條直線(xiàn)． (3)通過(guò)作出的圖象說(shuō)明單擺周期的平方和擺長(zhǎng)成正比． (4)根據(jù)圖象求出圖線(xiàn)的斜率k，再根據(jù)單擺的周期公式可得g＝，進(jìn)而求出重力加速度g. 答案　(1)C　(2)如圖所示 (3)成正比　(4)9.86 變式題組 3．[數(shù)據(jù)處理]下表是用單擺測(cè)定重力加速度實(shí)驗(yàn)中獲得的有關(guān)數(shù)據(jù)： 擺長(zhǎng)l m 0.5 0.6 0.8 1.1 周期T2 s2 2.0 2.4 3.2 4.4 (1)利用上述數(shù)據(jù)，在圖7的坐標(biāo)系中描繪出l－T2圖象． 圖7 (2)利用圖象，取T2＝4.2 s2時(shí)，l＝________ m，重力加速度g＝________ m/s

15、2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 答案　(1)見(jiàn)解析圖　(2)1.05　9.86 解析　由T＝2π得l＝T2，所以圖象是過(guò)原點(diǎn)且斜率為的一條直線(xiàn)． (1)l－T2圖象如圖所示． (2)T2＝4.2 s2時(shí)，從圖中可讀出其擺長(zhǎng)l＝1.05 m，將T2和l代入公式g＝，得g≈9.86 m/s2. 4．[數(shù)據(jù)處理]某同學(xué)在“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了如下的操作： (1)用游標(biāo)尺上有10個(gè)小格的游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球的直徑如圖8甲所示，可讀出擺球的直徑為_(kāi)_______ cm.把擺球用細(xì)線(xiàn)懸掛在鐵架臺(tái)上，測(cè)量擺線(xiàn)長(zhǎng)，通過(guò)計(jì)算得到擺長(zhǎng)L. 圖8 (2)用秒表測(cè)量單擺的周期．當(dāng)單擺

16、擺動(dòng)穩(wěn)定且到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)并記為n＝1，單擺每經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)記一次數(shù)，當(dāng)數(shù)到n＝60時(shí)秒表的示數(shù)如圖乙所示，該單擺的周期是T＝________ s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． (3)測(cè)量出多組周期T、擺長(zhǎng)L的數(shù)值后，畫(huà)出T2－L圖線(xiàn)如圖丙，此圖線(xiàn)斜率的物理意義是(　　) A．g B. C. D. (4)在(3)中，描點(diǎn)時(shí)若誤將擺線(xiàn)長(zhǎng)當(dāng)作擺長(zhǎng)，那么畫(huà)出的直線(xiàn)將不通過(guò)原點(diǎn)，由圖線(xiàn)斜率得到的重力加速度與原來(lái)相比，其大小(　　) A．偏大 B．偏小 C．不變 D．都有可能 (5)該小組的另一同學(xué)沒(méi)有使用游標(biāo)卡尺也測(cè)出了重力加速度，他采用的方法是：先測(cè)出一擺線(xiàn)較長(zhǎng)的單擺的振動(dòng)周期T1

17、，然后把擺線(xiàn)縮短適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度ΔL，再測(cè)出其振動(dòng)周期T2.用該同學(xué)測(cè)出的物理量表示重力加速度g＝________. 答案　(1)2.06　(2)2.28　(3)C (4)C　(5) 解析　(1)擺球的直徑為d＝20 mm＋6× mm＝20.6 mm＝2.06 cm.(2)秒表的讀數(shù)為t＝60 s＋7.4 s＝67.4 s，根據(jù)題意t＝T＝T，所以周期T＝≈2.28 s．(3)根據(jù)單擺周期公式T＝2π，可得＝＝k(常數(shù))，所以選項(xiàng)C正確．(4)因?yàn)椋剑絢(常數(shù))，所以＝＝k，若誤將擺線(xiàn)長(zhǎng)當(dāng)作擺長(zhǎng)，畫(huà)出的直線(xiàn)將不通過(guò)原點(diǎn)，但圖線(xiàn)的斜率仍然滿(mǎn)足＝＝k，所以由圖線(xiàn)的斜率得到的重力加速度不變．(5)根

18、據(jù)(4)的分析，＝，所以g＝＝. 5．[數(shù)據(jù)處理]有兩個(gè)同學(xué)利用假期分別去參觀(guān)北大和南大的物理實(shí)驗(yàn)室，各自利用先進(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(guò)校園網(wǎng)交換了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并由計(jì)算機(jī)繪制了T2－L圖象，如圖9甲所示 .去北大的同學(xué)們所測(cè)實(shí)結(jié)果對(duì)應(yīng)的圖線(xiàn)是________(選填“A”或“B”)．另外，在南大做探究的同學(xué)還利用計(jì)算機(jī)繪制了兩種單擺的振動(dòng)圖象(如圖乙)，由圖可知，兩單擺擺長(zhǎng)之比＝________. 圖9 答案　B　2 解析　由T＝2π得，T2＝L，根據(jù)題圖甲可知＞，即gA＜gB，因?yàn)楸贝蟾拷睒O，其所在的重力加速度更大些，所以應(yīng)選B；根據(jù)題

19、圖甲可知＝·＝＝，由題圖乙可得＝，根據(jù)T2＝L得＝2. 考點(diǎn)三　實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新 例3　(1)在“探究單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，兩位同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑的操作如圖10甲、乙所示．測(cè)量方法正確的是________(選填“甲”或“乙”)． 圖10 (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，若擺球在垂直紙面的平面內(nèi)擺動(dòng)，為了將人工記錄振動(dòng)次數(shù)改為自動(dòng)記錄振動(dòng)次數(shù)，在擺球運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)的左、右兩側(cè)分別放置一激光光源與光敏電阻，如圖11甲所示．光敏電阻與某一自動(dòng)記錄儀相連，該儀器顯示的光敏電阻阻值R隨時(shí)間t的變化圖線(xiàn)如圖乙所示，則該單擺的振動(dòng)周期為_(kāi)_______．若保持懸點(diǎn)到小球頂點(diǎn)的繩長(zhǎng)不變，改用直徑是原小

20、球直徑2倍的另一小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則該單擺的周期將________(填“變大”“不變”或“變小”)，圖乙中的Δt將________(填“變大”“不變”或“變小”)． 圖11 解析　(1)游標(biāo)卡尺應(yīng)該用兩外測(cè)量爪對(duì)齊的地方測(cè)量，正確的是圖乙． (2)一個(gè)周期內(nèi)小球應(yīng)該兩次經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)，使光敏電阻的阻值發(fā)生變化，故周期為t1＋2t0－t1＝2t0；小球的直徑變大后，擺長(zhǎng)變長(zhǎng)，周期變大；同時(shí)小球直徑變大后使得每次經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)擺球的擋光的時(shí)間變長(zhǎng)，即Δt變大． 答案　(1)乙　(2)2t0　變大　變大 變式題組 6．[實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新]為了研究滑塊的運(yùn)動(dòng)，選用滑塊、鉤碼、紙帶、毫米刻度尺、帶滑輪的木

21、板以及由漏斗和細(xì)線(xiàn)構(gòu)成的單擺等組成如圖12甲所示裝置，實(shí)驗(yàn)中，滑塊在鉤碼作用下拖動(dòng)紙帶做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)讓單擺垂直于紙帶運(yùn)動(dòng)方向做小擺幅擺動(dòng)，漏斗可以漏出很細(xì)的有色液體，在紙帶上留下的痕跡記錄了漏斗在不同時(shí)刻的位置，如圖乙所示． 圖12 (1)漏斗和細(xì)線(xiàn)構(gòu)成的單擺在該實(shí)驗(yàn)中所起的作用與下列哪個(gè)儀器相同？________(填寫(xiě)儀器序號(hào))． A．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器　B．秒表　C．毫米刻度尺　D．電流表 (2)已知單擺周期T＝2 s，在圖乙中AB＝24.10 cm，BC＝27.90 cm、CD＝31.90 cm、DE＝36.10 cm，則單擺在經(jīng)過(guò)D點(diǎn)時(shí)，滑塊的瞬時(shí)速度為vD＝_______

22、_ m/s，滑塊的加速度為a＝________ m/s2(結(jié)果保留兩位小數(shù))． 答案　(1)A　(2)0.34　0.04 解析　(1)單擺振動(dòng)具有周期性，擺球每隔半個(gè)周期經(jīng)過(guò)紙帶中線(xiàn)一次，單擺在該實(shí)驗(yàn)中所起的作用與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器相同，故選A. (2)在勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度大小等于該過(guò)程中的平均速度大小，故有vD＝＝0.34 m/s據(jù)勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的推論Δx＝aT2，有： x4－x2＝2a1()2 ①　x3－x1＝2a2()2 ② 聯(lián)立①②有：a＝＝ 代入數(shù)據(jù)得a＝0.04 m/s2 7. [實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新]將一單擺裝置豎直懸掛于某一深度為h(未知)且開(kāi)口向下的小筒中(單擺的下

23、部分露于筒外)，如圖13所示，將懸線(xiàn)拉離平衡位置一個(gè)小角度后由靜止釋放，單擺振動(dòng)過(guò)程中懸線(xiàn)不會(huì)碰到筒壁，如果本實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)度測(cè)量工具只能測(cè)量出筒的下端口到擺球球心的距離L，并通過(guò)改變L而測(cè)出對(duì)應(yīng)的擺動(dòng)周期T，再以T2為縱軸、L為橫軸作出T2－L函數(shù)關(guān)系圖象，那么就可以通過(guò)此圖象得出小筒的深度h和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭. 圖13 (1)如果實(shí)驗(yàn)中所得到的T2－L關(guān)系圖象如圖14所示，那么真正的圖象應(yīng)該是a、b、c中的________； 圖14 (2)由圖可知，小筒的深度h＝________ m，當(dāng)?shù)刂亓λ俣萭＝________ m/s2；(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (3)在實(shí)驗(yàn)中，每

24、次測(cè)量時(shí)總是錯(cuò)誤地把擺線(xiàn)加上球直徑當(dāng)成了擺長(zhǎng)，如果仍然采用題中圖象方法處理數(shù)據(jù)，你認(rèn)為會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成怎么樣的影響？對(duì)h的影響是________，對(duì)g的影響是________． A．無(wú)影響　B．比真實(shí)值小　C．比真實(shí)值大　D．不確定 答案　(1)a　(2)0.315　9.86　(3)B　A 解析　(1)由單擺周期公式T＝2π 得T2＝＋ 當(dāng)L＝0時(shí)，T2＝＞0，則真正的圖象是a. (2)當(dāng)T2＝0時(shí)，L＝－h(huán)，即圖象與L軸交點(diǎn)坐標(biāo)h＝－L＝31.5 cm＝0.315 m．圖線(xiàn)的斜率大小k＝，由圖象可得k＝4，代入解得：g≈9.86 m/s2. (3)根據(jù)(1)中分析可知把擺線(xiàn)加上球直徑當(dāng)成了擺長(zhǎng)，即L偏大，導(dǎo)致圖線(xiàn)的縱軸截距偏小，斜率不變．故對(duì)h的影響是比真實(shí)值小，對(duì)g的值沒(méi)有影響． - 11 -