问题 问答题

某实验小组在进行“用单摆测定重力加速度”的实验中,已知单摆在摆动过程中的摆角小于5°;在测量单摆的周期时,从单摆运动到最低点开始计时且记数为1,到第n次经过最低点所用的时间内为t;在测量单摆的摆长时,先用毫米刻度尺测得悬挂后的摆线长(从悬点到摆球的最上端)为L,再用游标卡尺测得摆球的直径为d.

(1)该单摆在摆动过程中的周期为______.

(2)用上述物理量的符号写出求重力加速度的一般表达式g=______.

(3)实验结束后,某同学发现他测得的重力加速度的值总是偏大,其原因可能是下述原因中的______.

A.单摆的悬点未固定紧,振动中出现松动,使摆线增长了

B.把n次摆动的时间误记为(n+1)次摆动的时间

C.以摆线长作为摆长来计算

D.以摆线长与摆球的直径之和作为摆长来计算

(4)某同学在做“用单摆测定重力加速度”的实验中,用秒表测单摆完成40次全振动的时间如图所示,则单摆的周期为______s.

(5)为了提高实验精度,在实验中可改变几次摆长L并测出相应的周期T,从而得出一组对应的L与T的数据,再以L为横坐标、T2为纵坐标将所得数据连成直线,并求得该直线的斜率k.则重力加速度g=______.(用k表示)若根据所得数据连成的直线的延长线没过坐标原点,而是与纵轴的正半轴相交于一点,则实验过程中可能存在的失误是______,因此失误,由图象求得的重力加速度的g______偏大,偏小,无影响)

答案

(1)周期为一次全振动的时间,从单摆运动到最低点开始计时且记数为1,所以在t时间内完成了n-1个全振动,所以T=

2t
n-1

(2)根据周期公式得:T=

L
g
,所以g=
2L
T2
=
(n-1)2π2(2l+d) 
2t2

(3)A、摆线上端未牢固地系于悬点,振动中出现松动,使摆线长度增加了,测得的单摆周期变大,根据g=

2L
T2
可知,测得的g应偏小.故A错误;B、实验中误将n次全振动计为n+1次,根据T=
t
n
求出的周期变小,g偏大.故B正确;C、以摆线长作为摆长来计算,摆长偏小,根据g=
2L
T2
可知,测得的g应偏小.故C错误;D、以摆线长与摆球的直径之和作为摆长来计算,摆长偏大,根据g=
2L
T2
可知,测得的g应偏大.故D正确.故选BD;

(4)秒表读数:内圈:1分钟=60s,外圈:20.2s,(指针准确不估读)所以读数为:80.2s,周期T=

t
n
=
80.2
40
s=2.005s

(5)根据重力加速度的表达式g=

2L
T2
可知,T2-l图线斜率k=
2
g
,则g=
2
k
;若根据所得数据连成的直线的延长线没过坐标原点,而是与纵轴的正半轴相交于一点,则实验过程中可能存在的失误是摆长漏加小球半径,从g的表达式可知:g与摆长无关,所以因此失误对由图象求得的重力加速度的g的值无影响.

故答案为:(1)

2t
n-1
;(2)
(n-1)2π2(2l+d) 
2t2
;(3)BD;(4)2.005s;(5)
4π2
k
;摆长漏加小球半径;无影响.

单项选择题
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