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          擺,是物理學中重要的模型之一。如圖1所示,一根不可伸長的輕軟細繩的上端固定在天花板上的O點,下端系一個擺球(可看作質點)。將其拉至A點后靜止釋放,擺球將在豎直面內的A、C之間來回擺動,其中B點為運動中的最低點。忽略空氣阻力。

          (1)圖2所示為繩中拉力F隨時間t變化的圖線,求:
          a.擺的振動周期T。
          b.擺的最大擺角θm
          (2)擺角θ很小時,擺球的運動可看作簡諧運動。某同學發現他家中擺長為0.993m的單擺在小角度擺動時,周期為2s。他又查閱資料發現,早期的國際計量單位都是基于實物或物質的特性來定義的,稱為實物基準,例如質量是以一塊1kg的鉑銥合金圓柱體為實物基準。于是他想到可以利用上述擺長為0.993m的單擺建立“1s”的實物基準。請判斷該同學的想法是否合理,并說明理由。
          (3)小擺角單擺是較為精確的機械計時裝置,常用來制作擺鐘。擺鐘在工作過程中由于與空氣摩擦而帶上一定的負電荷,而地表附近又存在著豎直向下的大氣電場(可視為勻強電場),導致擺鐘走時不準。某同學由此想到可以利用小擺角單擺估測大氣電場強度:他用質量為m的金屬小球和長為L(遠大于小球半徑)的輕質絕緣細線制成一個單擺。他設法使小球帶電荷量為-q并做小角度振動,再用手機秒表計時功能測量其振動周期T,已知重力加速度g,不考慮地磁場的影響。
          a.推導大氣電場強度的大小E的表達式。
          b.實際上,擺球所帶電荷量為10-7C量級,大氣電場強度為102N/C量級,擺球質量為10-1kg量級,手機秒表計時的精度為10-2s量級。分析判斷該同學上述測量方案是否可行。(提示:當|x|?1時,有(1+x)n=1+nx)

          【答案】(1)a、擺的振動周期T為2.16s,b、擺的最大擺角θm為60°;
          (2)不合理,因為單擺周期公式
          T
          =
          2
          π
          L
          g
          ,不同地區的緯度,海拔高度不同,g值不同,所以不可以利用上述擺長為0.993m的單擺建立“1s”的實物基準;
          (3)a.大氣電場強度的大小E的表達式為:E=
          mg
          q
          -
          4
          π
          2
          m
          L
          q
          T
          2

          b、不可行,因為實際上
          mg
          q
          達到的數量級是107N/C,與大氣電場強度102N/C量級相差太大,也就是擺球所帶電荷量太小,達不到實驗要求,該同學上述測量方案是不可行。
          【解答】
          【點評】
          聲明:本試題解析著作權屬菁優網所有,未經書面同意,不得復制發布。
          發布:2024/6/27 10:35:59組卷:239引用:2難度:0.5
          相似題
          • 1.在做“用單擺測定重力加速度”的實驗中,
            (1)用秒表測時間時為盡量減少誤差,應從擺球通過
            (選填“最高點”或“最低點”)時開始計時。
            (2)某同學在正確操作和測量的情況下,測得周期為T1,得出重力加速度值比當地重力加速度值小,排除了其它因素后發現,是所用擺球的重心不在球心所致,則可以判斷重心應該是在球心的
            (選填“上方”或“下方”)。于是他將擺線長減小ΔL,測得單擺振動周期為T2,由此可得到比較準確的重力加速度表達式是

            (3)為了更準確測量,他測出多組擺長L和振動周期T,得出如圖所示圖象,則圖象的縱軸表示
            ;由圖象求出的重力加速度g=
            m/s2.(小數點后保留兩位)

            發布:2024/12/29 15:0:2組卷:127引用:5難度:0.6
          • 2.在“用單擺測定重力加速度”的實驗中,某實驗小組在測量單擺的周期時,測得擺球經過n次全振動的總時間為Δt;在測量單擺的擺長時,先用毫米刻度尺測得擺線長為l,再用游標卡尺測量擺球的直徑為D,某次測量游標卡尺的示數如圖甲所示。

            回答下列問題:
            (1)從甲圖可知,擺球的直徑為D=
            mm;
            (2)該單擺的周期為

            (3)為了提高實驗的準確度,在實驗中可改變幾次擺長L并測出相應的周期T,從而得出幾組對應的L和T的數值,以L為橫坐標、T2為縱坐標作出T2-L圖線,但同學們不小心每次都把小球直徑當作半徑來計算擺長,由此得到的T2-L圖像是圖乙中的
            (選填①、②、③),由圖像可得當地重力加速度g=
            ;由此得到的g值會
            。(選填“偏小”“不變”“偏大”)

            發布:2024/12/29 14:30:1組卷:215引用:4難度:0.6
          • 3.小明利用如圖甲所示的單擺測量當地的重力加速度。

            (1)下列有關說法正確的是
            。(填字母)
            A.擺線要選擇適當細些、長些,彈性小些的細線
            B.質量大、體積小的擺球可以減小空氣阻力帶來的影響
            C.單擺的擺長等于擺線上端的懸點到擺球最低點的距離
            D.為減小測量周期的誤差,擺球全振動的次數越多越好
            (2)用游標卡尺測量擺球直徑如圖乙所示,則擺球的直徑為
            cm。
            (3)通過改變擺長,測出多組擺長l和周期T的數據,作出T2-l圖線如圖丙所示,則由圖中數據計算重力加速度g的表達式為
            (用l1、l2、T1、T2表示);用此方法計算重力加速度時,圖線不過坐標原點對結果是否有影響?
            。(填“有”或“沒有”)

            發布:2024/12/20 9:0:2組卷:48引用:4難度:0.4
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