高中物理探究单摆的周期与摆长的关系实验题

两个做简谐运动的单摆，在同一地点同时开始振动，甲摆做15次全振动时，乙摆全振动10次，则它们的周期之比T_甲∶T_乙=___________；若已知两摆长差50 cm，则甲和乙的摆长分别为___________cm和___________cm.

某同学利用如图所示的装置测量当地的重力加速度。实验步骤如下：

A．按装置图安装好实验装置；
B．用游标卡尺测量小球的直径d；
C．用米尺测量悬线的长度；
D．让小球在竖直平面内小角度摆动。当小球经过最低点时开始计时，
并计数为0，此后小球每经过最低点一次，依次计数1、2、3……。
当数到20时，停止计时，测得时间为t；
E．多次改变悬线长度，对应每个悬线长度，都重复实验步骤C、D；
F．计算出每个悬线长度对应的t ²；
G．以t ²为纵坐标、为横坐标，作出t ²－图线。
结合上述实验，完成下列任务：
（1）用游标为10分度的游标卡尺测量小球的直径。某次测量的示数如下图所示，读出小球直径d的值为          cm。

（2）该同学根据实验数据，利用计算机作出t ²–图线如图所示。根据图线拟合得到方程
t ²＝404.0 ＋3.0。由此可以得出当地的重力加速度g＝          m/s²。
（取π ² ＝ 9.86，结果保留3位有效数字）

（3）从理论上分析图线没有过坐标原点的原因，下列分析正确的是 （     ）
A．不应在小球经过最低点时开始计时，应该在小球运动到最高点开始计时；
B．开始计时后，不应记录小球经过最低点的次数，而应记录小球做全振动的次数；
C．不应作t ² –图线，而应作t –图线；
D．不应作t ² –图线，而应作t ² –（+d）图线。

两个单摆甲和乙，它们的摆长之比为4∶1，摆球的质量之比为4∶5，最大摆角之比为3∶2，它们在同一地点做简谐运动，则它们的频率之比为_________；甲摆动10次的时间里，乙摆摆动了_________次.

（1）有一游标卡尺，主尺的最小分度是1 mm，游标上有20个小的等分刻度．用它测量一小球的直径，如图甲所示的读数是________mm；（2）如图乙，用螺旋测微器测量一根金属丝的直径，如图所示的读数是________ mm.

有一弹簧振子，振动周期是2 s，振幅是3 cm，则它的频率是________，10 s内它可以完成________次全振动，这段时间内它通过的路程是________.

在《用单摆测定重力加速度》的实验中：
（1）某同学用秒表测得单摆完成40次全振动的时间如图(a)所示，则单摆的周期为       s。

（2）实验中对提高测量结果精度有利的建议是______。

A．单摆的摆线不能太短

B．单摆的摆球密度尽可能大

C．单摆的摆角越大越好

D．从平衡位置开始计时，测量一次全振动的时间作为摆动周期

（3）若单摆在任意摆角θ时的周期公式可近似为T=T₀[1+asin²()]，式中T₀为摆角趋近于0°时的周期，a为常数；为了用图象法验证该关系式，需要测量的物理量有________；某同学在实验中得到了如图(b)所示的图线，则图线的斜率表示_______。

物体做周期为T的简谐运动时，其动能也随时间做周期性变化，其动能的变化周期是__________.

某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素。
①他组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图所示。这样做的目的是（填字母代号）。

A．保证摆动过程中摆长不变
B．可使周期测量得更加准确
C．需要改变摆长时便于调节
D．保证摆球在同一竖直平面内摆动
②他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图所示，则该摆球的直径为mm，单摆摆长为m。

下列振动图象真实地描述了对摆长约为的单摆进行周期测量的四种操作过程，图中横作标原点表示计时开始，A、B、C均为30次全振动的图象，已知，，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是（填字母代号）。

一弹簧振子被分别拉离平衡位置4 cm和1 cm后自由释放，使它们都做简谐运动，则前后两次的振幅之比为_________，周期之比为_________，最大回复力之比为_________，通过同一位置（除平衡位置）时的加速度之比为_________.

某兴趣小组想要探究单摆的周期T与摆长、摆球质量m的关系：
（1）为了探究周期T与摆长、摆球质量m的关系，应利用_________法完成此实验；为了准确测量单摆的周期，应使摆球振动稳定后且经过_________位置开始计时。
（2）他们在探究周期T与摆长的关系时，测得如下5组数据，请在图中选择恰当坐标，作出直观反映周期T与摆长关系的图像。

数值   　　　　次数 项目	1	2	3	4	5
	1.78	1.90	1.99	2.10	2.19
（）	3.19	3.60	3.99	4.40	4.79
（）	0.80	0.90	1.00	1.10	1.20
（）	0.64	0.81	1.00	1.21	1.44

（3）根据图像求得当地的重力加速度g=___________m/s²。（保留三位有效数字）
（4）某学生做实验时固定好装置后先测摆长，然后测出周期，发现测得的重力加速度偏大，原因可能是______（填选项前字母）

A．单摆的悬点未固定紧，振动中出现松动，使摆线增长了

B．把摆球n次经过最低点的时间误记为(n + 1)次经过最低点的时间

C．计时结束时，秒表过早按下

D．单摆所用摆球质量过大

实验小组用细线做了如下实验，请完成填空：
 
将细线一端固定，另一端系在弹簧测力计挂钩上，水平拉细线，缓慢增大拉力，当测力计示数如图甲时，细线刚好拉断。该细线能承受的最大拉力为        N；
用螺旋测微器测量一金属球的直径，读数如图乙，则该金属球直径为         m；
用天平测出该金属球的质量m =" 100.0" g；
用完全相同的细线与该小球做成一个摆，细线上端固定在O 点，如图丙，测出线长，再加上小球的半径，得到悬点O 到小球球心的距离为1.0000 m。
在悬点O 的正下方A 点钉上一个光滑的钉子，再将小球拉起至细线水平且绷直，由静止释放小球，摆至竖直时，细线碰到钉子，为使细线不断裂，A 与O 的距离应满足的条件是：      。（取g =" 9.8" m/s2,不计空气阻力）

（1）在“用单摆测定重力加速度”的实验中，当单摆做简谐运动时，用秒表测出单摆做n次（一般为30次～50次）全振动所用的时间t，算出周期；用米尺量出悬线的长度L，用游标卡尺测量摆球的直径d，则重力加速度g＝______（用题中所给的字母表达）．

（2）将一单摆挂在测力传感器的探头上，用测力探头和计算机组成的实验装置来测定单摆摆动过程中摆线受到的拉力（单摆摆角小于5°），计算机屏幕上得到如图①所示的F－t图像．然后使单摆保持静止，得到如图②所示的F－t图像．那么：
①此单摆的周期T为__________s；②设摆球在最低点时E_p＝0，已测得当地重力加速度为g，单摆的周期用T表示，那么测得此单摆摆动时的机械能E的表达式是_________    （用字母表示）．

在探究单摆周期与摆长关系的实验中，有如下器材供选用，请把应选用的器材填在横线上 ____________                         (填字母)。 
A1m长的粗绳                   B1m长的细线     
C半径为lcm的小木球            D半径为lcm的小铅球
E时钟                         F秒表     
G最小刻度为mm的米尺           H最小刻度为cm的米尺
I铁架台                       J附砝码的天平

图甲是一个单摆振动的情形，O是它的平衡位置，B、C是摆球所能到达的最远位置．设摆球向右方向运动为正方向．图乙是这个单摆的振动图象．根据图象回答：

(1)单摆振动的频率是      
(2)开始时刻摆球的位置是         
(3)若当地的重力加速度为10 m/s²，摆长是       

如图11-4-10所示为一单摆及其振动图象，由图回答，当在悬点正下方O处有一光滑水平细钉可挡住摆线，且,则单摆周期为________ s.比较钉挡绳前后瞬间摆线的张力.

图11-4-10