Question

7．在“用單擺測定重力加速度”的實驗中
（1）除用鐵夾、鐵架臺、游標(biāo)卡尺、帶中心孔的金屬小球和細(xì)線這些器材外，還需要用到的測量儀器有：刻度尺、秒表．
（2）本實驗中，如下哪些措施是必要的BCD．
A．測周期時，單擺的擺角應(yīng)大于10°
B．測周期時，應(yīng)取擺球通過最低點處計時并測量擺球全振動30～50次的時間
C．裝置單擺時，擺線應(yīng)盡可能長些，擺球應(yīng)選密度大而體積小的小球，且用夾板夾緊擺線
D．要使單擺在豎直平面內(nèi)擺動，不得使其形成錐形擺或擺球轉(zhuǎn)動
E．測擺長時，為了測量方便，應(yīng)將單擺放在桌面上，拉直后用米尺測出擺球球心到擺線某點O的長度作為擺長，然后將單擺從O點吊起．
（3）如果在實驗中誤將擺線長度當(dāng)成了擺長，那么通過公式直接計算出的重力加速度將偏�。ā捌�大”、“偏小”）；如果在實驗中，誤將振動29次的時間計成了30次的時間，那么所測重力加速度將偏大（“偏大”、“偏小”）；如果在實驗開始計時，秒表過早按下，那么所測重力加速度將偏�。ā捌�大”、“偏小”）．
（4）增大單擺簡諧振動周期的方法是AD
A．只加大擺長
B．只加大擺角
C．只加大擺球質(zhì)量
D．將單擺由北京移至赤道
（5）某同學(xué)在用單擺測定重力加速度的實驗中，測量不同擺長情況下單擺的振動周期，并以L為橫坐標(biāo)，T²為縱坐標(biāo)，做出了T²-L圖線，如圖所示，由此圖線可知重力加速度為9.86m/s²．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）據(jù)該使用的原理和實驗要求選擇必須的儀器即可．
（2）據(jù)該實驗要求和減小誤差的角度分析．
（3）利用累積法求周期，再利用單擺的周期公式推導(dǎo)出：g=$\frac{4{π}^{2}L}{{T}^{2}}$=$\frac{4{π}^{2}{n}^{2}L}{{t}^{2}}$，據(jù)此分析誤差．
（4）利用單擺的周期公式T=2π$\sqrt{\frac{L}{g}}$分析即可．
（5）由單擺周期公式求出T²與L的函數(shù)表達(dá)式，根據(jù)數(shù)學(xué)知識求出重力加速度．

解答 解：（1）據(jù)該實驗原理和實驗要求，應(yīng)用刻度尺測擺長，游標(biāo)卡尺測金屬球的直徑、秒表測時間、鐵夾、鐵架臺、帶中心孔的金屬小球和細(xì)線等儀器．所以還需要有：刻度尺、秒表．
（2）A、單擺測量周期時，擺角不能大于5°，否則單擺的運動就不是簡諧運動，故A錯誤；
B、采用累積法測周期，即測量擺球全振動30～50次的時間t，再根據(jù)T=$\frac{t}{n}$得到周期．應(yīng)從擺球通過最低點處計時，此時擺球的速度最大，引起的時間誤差最小，故B正確．
C、據(jù)該實驗的要求和誤差分析可知，該實驗中要求擺線應(yīng)長一點；擺球質(zhì)量大一些，且不能使上端的擺線移動，用夾板夾緊擺線．故C正確．
D、要使單擺在豎直平面內(nèi)擺動，不得使其形成錐形擺或擺球轉(zhuǎn)動，否則單擺公式就不能運用，故D正確．
E、應(yīng)讓單擺懸掛起來，用米尺測出擺球球心到擺線某點O的長度作為擺長，然后將單擺從O點吊起，故E錯誤．
故選：BCD
（3）單擺周期為：T=$\frac{t}{n}$，n為單擺全振動的次數(shù)；由單擺周期公式T=2π$\sqrt{\frac{L}{g}}$可得，重力加速度：g=$\frac{4{π}^{2}L}{{T}^{2}}$=$\frac{4{π}^{2}{n}^{2}L}{{t}^{2}}$
據(jù)此公式可知：在實驗中誤將擺線長度當(dāng)成了擺長，比實際擺長偏小，所測重力加速度將偏小．
如果在實驗中，誤將振動29次的時間計成了30次的時間，即n變大，所測重力加速度將偏大．
如果在實驗開始計時，秒表過早按下，測量的周期偏大，所測重力加速度將偏�。�
（4）根據(jù)單擺周期公式T=2π$\sqrt{\frac{L}{g}}$可得，增大單擺簡諧振動周期的方法是增大擺長或減小重力加速度，可將將單擺由北京移至赤道，單擺的周期與振幅和擺球質(zhì)量
無關(guān)，故選：AD
（5）由單擺周期公式T=2π$\sqrt{\frac{L}{g}}$可得：T²=$\frac{4{π}^{2}}{g}$L，則知T²-L圖象的斜率：k=$\frac{4{π}^{2}}{g}$
由圖象可知，圖象斜率：k=$\frac{{T}^{2}}{L}$=$\frac{4}{1}$=4，則 g=$\frac{4{π}^{2}}{k}$=π²≈9.86m/s²
故答案為：（1）刻度尺、秒表；（2）BCD；（3）偏小；偏大；偏小；（4）AD；（5）9.86m/s²．

點評 明確單擺實驗原理、要求和誤差分析是解題的關(guān)鍵，要能靈活應(yīng)用單擺的周期公式T=2π$\sqrt{\frac{L}{g}}$．