Question

某實驗小組在進行“用單擺測定重力加速度”的實驗中，已知單擺在擺動過程中的擺角小于5°；在測量單擺的周期時，從單擺運動到最低點開始計時且記數為1，到第n次經過最低點所用的時間內為t；在測量單擺的擺長時，先用毫米刻度尺測得懸掛后的擺線長（從懸點到擺球的最上端）為L，再用游標卡尺測得擺球的直徑為d．
（1）該單擺在擺動過程中的周期為______．
（2）用上述物理量的符號寫出求重力加速度的一般表達式g=______．
（3）實驗結束后，某同學發現他測得的重力加速度的值總是偏大，其原因可能是下述原因中的______．
A．單擺的懸點未固定緊，振動中出現松動，使擺線增長了
B．把n次擺動的時間誤記為（n+1）次擺動的時間
C．以擺線長作為擺長來計算
D．以擺線長與擺球的直徑之和作為擺長來計算
（4）某同學在做“用單擺測定重力加速度”的實驗中，用秒表測單擺完成40次全振動的時間如圖所示，則單擺的周期為______s．
（5）為了提高實驗精度，在實驗中可改變幾次擺長L并測出相應的周期T，從而得出一組對應的L與T的數據，再以L為橫坐標、T²為縱坐標將所得數據連成直線，并求得該直線的斜率k．則重力加速度g=______．（用k表示）若根據所得數據連成的直線的延長線沒過坐標原點，而是與縱軸的正半軸相交于一點，則實驗過程中可能存在的失誤是______，因此失誤，由圖象求得的重力加速度的g______偏大，偏小，無影響）

Answer 1

【答案】分析：（1）知道周期為一次全振動的時間，從單擺運動到最低點開始計時且記數為1，所以在t時間內完成了n-1個全振動；
（2）由單擺的周期公式T=即可求解；
（3）對于測量誤差可根據實驗原理進行分析；
（4）知道周期為一次全振動的時間，T=；
（5）由重力加速度的表達式，根據數學知識分析T²-l圖線斜率的意義．
解答：解：（1）周期為一次全振動的時間，從單擺運動到最低點開始計時且記數為1，所以在t時間內完成了n-1個全振動，所以T=；
（2）根據周期公式得：T=，所以g==；
（3）A、擺線上端未牢固地系于懸點，振動中出現松動，使擺線長度增加了，測得的單擺周期變大，根據g=可知，測得的g應偏小．故A錯誤；B、實驗中誤將n次全振動計為n+1次，根據T=求出的周期變小，g偏大．故B正確；C、以擺線長作為擺長來計算，擺長偏小，根據g=可知，測得的g應偏小．故C錯誤；D、以擺線長與擺球的直徑之和作為擺長來計算，擺長偏大，根據g=可知，測得的g應偏大．故D正確．故選BD；
（4）秒表讀數：內圈：1分鐘=60s，外圈：20.2s，（指針準確不估讀）所以讀數為：80.2s，周期T=
（5）根據重力加速度的表達式g=可知，T²-l圖線斜率k=，則g=；若根據所得數據連成的直線的延長線沒過坐標原點，而是與縱軸的正半軸相交于一點，則實驗過程中可能存在的失誤是擺長漏加小球半徑，從g的表達式可知：g與擺長無關，所以因此失誤對由圖象求得的重力加速度的g的值無影響．
故答案為：（1）；（2）；（3）BD；（4）2.005s；（5）；擺長漏加小球半徑；無影響．
點評：常用儀器的讀數要掌握，這是物理實驗的基礎．掌握單擺的周期公式，從而求解加速度，擺長、周期等物理量之間的關系．單擺的周期采用累積法測量可減小誤差．對于測量誤差可根據實驗原理進行分析．