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机械振动实验题
2009-12-14
命题人:
学号________.姓名________.
三.实验题(共18小题)
1.
(1)在“用单摆测定重力加速度”的实验中,需要用秒表测出单摆振动n次所需要的时间。
某同学在一次实验中,用秒表记下了单摆振动n次的时间,如图所示。
由图可读出此时间为__________s。
(2)用游标为50分度的卡尺(测量值可准确到0.02mm)测定某一长度时,卡尺上的读数如图所示。
由图可读出此长度为___________mm。
(3)用如图所示的器材,研究钨丝灯泡消耗的功率P与通过它的电流I之间的关系。
已知灯泡的规格为“12V5W”,电源的电动势为15V,内阻忽略,滑动变阻器的规格为“20Ω12A”。
功率的测最需要用到电流友、电压表。
请将图中的器材连成实验电路。
要求实验中灯泡两端的电压变化范围为0~12V。
2.在做“用单摆测定重力加速度”的实验时,用摆长L和周期T计算重力加速度的公式是g=________。
如果已知摆线竖直下垂,如图7-11示,那么单摆摆长是_________,如果测定了40次全振动的时间如图7-12中秒表所示,那么秒表读数是_________s,单摆的摆动周期是_________s.
3.有5个同学做实验,各组实验数据列于下表,若每位同学测量长度和时间的技术水平都一样,那么_________组测量结果更准确,由此计算出的重力加速度的大小约为_______________________________。
组别
摆球材料
最大摆角(0)
摆长(cm)
全振动次数
所测时间(s)
1
木
5
0.41
10
23.6
2
铝
4
0.50
50
87.2
3
铁
4
0.80
50
90.0
4
铜
15
0.60
30
70.8
5
铅
12
0.80
30
71.8
4.一同学利用单摆来测定重力加速度,他是这样做的:
①取一根丝线,一端穿过球心的小孔,然后打一个结,另一端缠绕在铁架台上细杆上,如图所示;
②用米尺量得丝线长为10cm作为摆长;
③为了使实验看得更清楚,将摆球向一侧偏离200后放开小球;
④在放下摆球的同时开始计时;
⑤记下摆球完成一次全振动的时间即为周期T;
⑥把所测数据代入算式
g=4,就求得当地重力加速度.
指出这个学生在实验中的错误或不妥之处并写出正确的做法.
(1)____________________________________________________________________
(2)____________________________________________________________________
(3)____________________________________________________________________
(4)____________________________________________________________________
(5)____________________________________________________________________
(6)____________________________________________________________________
5.
某同学想在家里做用单摆测定重力加速度的实验,但没有合适的摆球,他找到了一块大小为3cm左右,外形不规则的大理石块代替小球。
他设计的实验步骤是:
A.将石块用细尼龙线系好,结点为M,将尼龙线的上端固定于O点
B.用刻度尺测量OM间尼龙线的长度L作为摆长
C.将石块拉开一个大约α=30°的角度,然后由静止释放
D.从摆球摆到最高点时开始计时,测出30次全振动的总时间t,,由T=t/30得出周期
E.改变OM间尼龙线的长度再做几次实验,记下每次相应的L和T
F.求出多次实验中测得的L和T的平均值,作为计算时使用的数据,带入公式
求出重力加速度g
(1)(2分)该同学以上实验步骤中有重大错误的是_______________。
(2)(2分)该同学用OM的长作为摆长,这样做引起的系统误差将使重力加速度的测量值比真实值________(偏大或偏小)。
(3)(4分)用什么方法可以解决摆长无法准确测量的困难?
6.某同学设计了一个测量物体质量的装置,如图所示,其中P是光滑水平面,A是质量为M的带夹子的已知质量金属块,Q是待测质量的物体。
已知该装置的弹簧振子做简谐振动的周期为
其中m是振子的质量,K是与弹簧的劲度系数有关的常数,当只有A物体振动时,测得其振动周期为T1,将待测物体Q固定在A上后,测得振动周期为T2,则待测物体的质量为__________,如果这种装置与天平都在太空站中使用,则()
A.天平仍可以用来测质量,这种装置不能用来测质量
B.这种装置仍可以用来测质量,天平不能用来测质量
C.这种装置和天平都可以用来测质量
D.这种装置和天平都不能用来测质量
7.在用单摆测重力加速度的实验中:
(a)应注意,实验时必须控制摆角在以内,并且要让单摆在内摆动;测量单摆周期时,等单摆自由振动几次之后,从摆球经过位置时开始计时,因为这时摆球的速度,可以减小误差。
(b)某同学测出不同摆长时对应的周期T,作出L—T2图线,如图所示,再利用图线上任两点A、B的坐标(x1,y1)、(x2,y2),可求得g=。
若该同学测摆长时漏加了小球半径,而其它测量、计算均无误,也不考虑实验误差,则以上述方法算得的g值和真实值相比是的(填偏大、偏小或不变)。
8.在用单摆测重力加速度的实验中,测得单摆摆角小于5°时,完成n次全振动时间为t,用毫米刻度尺测得摆线长为l,用螺旋测微器测得摆球直径为d.
(1)测得重力加速度的表达式为g=___________.
(2)螺旋测微器的系数如图所示,摆球直径d=___________.
(3)实验中某学生所测g值偏大,其原因不能是___________.
A.实验室离海平面太高
B.摆球太重
C.测出n次全振动时间为t,误作为(n+1)次全振动时间进行计算
D.以摆线长与摆球直径之和作为摆长来计算.
9.
(1)在利用单摆测定重力加速度的实验中.若测得的g值偏大.可能的原因是:
A.摆球质量过大
B.单摆振动时振幅较小
C.测量摆长时.只考虑了线长.忽略了小球的半径
D.测量周期时.把n个全振动误认为(n+1)个全振动.使周期偏小
E.测量周期时.把n个全振动误认为(n-1)个全振动.使周期偏大
(2)若单摆是一个秒摆.将此摆移到月球上.(g月=1/6g地).其周期是
(3)实验中游标尺(50分度)和秒表的读数如图.分别是mm.s。
10.伽利略曾提出和解决这样一个问题:
一根细绳挂在又高又暗的城堡中,我们看不见它的上端,只能看见它的下端,问可用什么方法测出细绳的长度?
请写出实验步骤和计算式。
11.“利用单摆测重力加速度”的实验中,测得单摆的摆角小于5°完成n次全振动的时间是为t,用毫米刻度尺测得摆线为L,用螺旋测微器测得摆球的直径为d.
①用上述物理量的符号写出求重力加速度的一般表达形式g=__________.
②从图7可知,摆球直径d的读数为_________mm.
③实验中有个同学发现他测得的重力加速度的值总是偏大,其原因可能是下述中的______.
A.悬点未固定紧,振动中出现松动,使摆线谱增长了
B.单摆所用的摆球质量太大
C.把n次全振动的时间误作(n+1)次全振动的时间
以摆线长作为摆长来计算
12.某班同学分组利用手头现有的各类线、摆球(直径约为2cm左右)等材料研究摆的运动,一组是先测量了摆的运动周期,然后利用单摆周期公式计算得到L0;另一组是用刻度尺测量得到的线的长度L,两组数据记录如下表所示:
L0/cm
54.1
58.0
63.7
67.3
74.5
78.1
82.9
86.5
89.2
91.4
94.4
98.6
L/cm
53.0
56.8
62.4
66.2
69.5
76.8
81.6
82.0
88.1
90.2
89.1
97.5
(1)比较此表的相关数据,可以发现:
每次测得的L0与L值,始终存在L0L情况;其中大部分相对应的数据相差不大,产生这一差异的主要原因是
(2)表格中少数相对应的数据差异较大,出现这一结果的原因可能是,
(3)由此,我们可以推断要使L0与L很接近,这个摆和摆的运动应满足的条件。
13.一组同学在做“用单摆测定重力加速度”的实验中,用正确的操作方法,测定了6组摆长L和周期T的对应值。
为了求出当地的重力加速度g,4位同学提出了4种不同的方法:
①从测定的6组数据中任意选取1组,用公式g=4π2L/T2求出g作为测量值;
②分别求出6个L值的平均值
和6个T值的平均值
,用公式g=4π2
/
2求出g作为测量值;
③分别用6组L、T的对应值,用公式g=4π2L/T2求出6个对应的g值,再求这6个g的平均值作为测量值;
④在坐标纸上作出T2-L图象,从图象中计算出图线的斜率K,根据g=4π2/K求出g作为测量值。
你认为以上4种方法中,错误的是哪一种____(填代号即可),其余正确方法中偶然误差最小的是哪一种______(填代号即可)。
14.
(1)在“用单摆测定重力加速度”的实验中,①测摆长时,若正确测出悬线长l和摆球直径d,则摆长为;②测周期时,当摆球经过位置时开始计时并计数l次,测出经过该位置N次(约60~100次)的时间为t,则周期为。
此外,请你从下列器材中选用所需器材,再设计一个实验,粗略测出重力加速度g,并参照示例填写下表(示例的方法不能再用)。
A.天平;B.刻度尺;C.弹簧秤;D.电磁打点计时器;E.带夹子的重锤;
F.纸带;G.导线若干;H.铁架台;I.低压交流电源;J.低压直流电源;
K.小车;L.螺旋测微器;M.斜面(高度可调,粗糙程度均匀)。
所选器材(只填器材序号)
简述实验方法(不要求写出具体步骤)
示例
B、D、E、F、G、H、I
安装仪器,接通电源,让纸带随重锤竖直下落。
用刻度尺测出所需数据,处理数据,得出结果。
实验设计
(2)在“测定金属的电阻率”实验中,需要测量金属丝的长度和直径。
现用最小分度为1mm的米尺测量金属丝长度,图中箭头所指位置是拉直的金属丝两端在米尺上相对应的位置,测得的金属丝长度为mm。
在测量金属丝直径时,如果受条件限制,身边只有米尺1把和圆柱形铅笔1支。
如何较准确地测量金属丝的直径?
请简述测量方法:
15.一位同学用单摆做测量重力加速度的实验,他将摆球挂起后,进行了下列步骤:
A.测摆长L:
用米尺量出摆线的长度
B.测周期T:
将摆球拉起,然后放开,在摆球某次通过最低点时,按秒表开始计时,并记数为1,直到摆球第60次通过最低点时,按秒表停止计时,读出这段时间t,算出单摆的周期
C.将测量得到的L和T代入单摆的周期公式
,算出g将它作为实验的最后结果写入报告中去。
指出上面步骤中遗漏或错误的地方,写出该步骤的字母,并加以改正。
(不要求进行误差计算)
16.
(1)在做“用单摆测定重力加速度”的实验中,有人提出以下几点建议;
A.适当加长摆线
B.质量相同,体积不同的摆球,应选用体积较大的
C.单摆偏离平衡位置的角度不能太大
D.当单摆经过平衡位置时开始计时,经过一次全振动后停止计时,用此时间间隔作为单摆振动的周期
其中对高测量结果精确度有利的是_________。
(2)有一电流表,量程为1mA,内阻r1约为100Ω。
要求测量其内阻。
可选用器材有,电阻器R0,最大阻值为99999.9Ω;滑动变阻器甲,最大阻值为10kΩ;滑动变阻器乙,最大阻值为2kΩ;电源E1,电动势约为2V,内阻不计;电源E2,电动势约为6V,内阻不计;开关2个,导线若干。
采用的测量电路图如图所示,实验步骤如下:
a.断开S1和S2,将R调到最大;b.合上S1调节R使满偏;c.合上S2,调节R1使半偏,此时可以认为的内阻rg=R1,试问:
(ⅰ)在上述可供选择的器材中,可变电阻R1应该选择_________;为了使测量尽量精确,可变电阻R应该选择_________;电源E应该选择_________。
(ⅱ)认为内阻rg=R1,此结果与rg的真实值相比_________。
(填“偏大”、“偏小”或“相等”)
17.一个学生利用单摆做测定重力加速度的实验,他的具体做法如下:
(1)取一根丝线,一端穿过摆球的小孔,然后打一个结,另一端缠绕在细铁棒上;
(2)用米尺量得的丝线长20cm作为摆长;
(3)将摆球向一侧偏离15°后放开摆球;
(4)在放开摆球的同时开始计时;
(5)记下摆球完成一次全振动的时间作为周期T;
(6)把所得的为数据代入公式g=4π2l/T2即可;
请对学生的实验作出评价意见。
指出其中存在的问题
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
18.⑴下列有关高中物理学生实验的描述中,正确的是
A.“验证机械能守恒定律”实验中,不需要用天平测出下落重锤的质量
B.电火花打点计时器和电磁打点计时器均在4
6V交流电压下工作,当频率为5HZ时,每隔0.02s打一次点
C.“用单摆测定重力加速度”实验中,对秒表读数时漏掉了小刻度盘(分针)的数字,将导致重力加速度的测量值比实际值偏大
D.“验证动量守恒定律”实验中,在白纸上记下重垂线所指的位置O后,不小心将白纸和复写纸同时向右移动了少许,继续实验,得到小球在白纸上落点的平均位置A﹑B﹑C(如图)。
白纸的移动对实验结果没有影响
⑵请从以下器材中选取适当仪器设计一个电路,要求仅用此电路既能测量待测电阻Rx的阻值(约500
),又能测量电源E的电动势。
a.待测定值电阻Rx:
阻值约500
b.滑动变阻器R1:
总阻值1000
c.电阻箱R2:
最大阻值999.9
d.电阻箱R3:
最大阻值99.99
e.电流表G:
量程3mA,内阻约50
f.电源E:
电动势约为3V,内阻很小但不可忽略
g.开关及导线若干
①实验中应选取的器材有:
(填写器材前面的字母序号)
②请在虚线框中画出实验电路图
③在测出电阻Rx的值后(记为Rx),再利用此电路测量电源E的电动势。
还需要测量的物理量有
用所测的物理量表示电源E的电动势为
参考答案(仅供参考)
三.实验题答案:
1.
(1)(5分)96
(2)(5分)6.86或6.88
(3)(7分)分压电路。
选0.6A量程,
选15V量程。
内接、外接都可以。
(图略)
评分标准:
连成限流电路不给分。
或
量程选错扣3分,两个量程都选错扣5分。
2.
87.60cm;75.20cm;1.88s
3.39.74m/s2
4.
(1)线不应缠绕在铁杆上,这样会使悬点不固定,摆长变化.
(2)摆线过短,要求L》d(摆球直径),一般取1m左右.
(3)偏角太大,一般不超过10°.
(4)应从摆球通过平衡位置开始计时,以减小误差.
(5)应取全振动30次左右的时间t,由
求周期.
(6)重复几次实验,求g的平均值.
5.⑴BCDF ⑵偏小
⑶用图像法:
直线斜率
或公式计算:
由公式
联立得:
6.
7.5°、同一竖直平面内、最低、最大,
、不变
8.
(1)g=4π2n2(L+
)/t2
(2)9.96mm(3)C、D
9.
(1)D
(2)2
s(3)52.12mm75.2s
10.(6分)⑴在细绳的下端固定一金属球做成一个单摆(1分)
⑵让单摆在竖直平面内作小角度摆动,从平衡位置开始计时,测量振动n(30~50)
次所需时间t,算出周期T=
(2分)
⑶从资料上查到当地的重力加速度g(1分)
⑷根据单摆周期公式T=2π
可测出摆长即绳长
=
(2分)。
11.
;5.980(±0.002);CT
12.
(1).大于忽略了摆球的半径
(2).线太粗、摆角或振幅太大、线的质量太大、线太短(至少写出两个原因)
(3).细线长度远大于摆球直径、摆可看做一质点(线的质量忽略或摆动角度要小于100)
13.错误的是②,因为L和T之间不是一次函数的关系。
偶然误差最小的是④,因为偶然误差总是有时偏大有时偏小。
而描点后画线时要求尽可能多的点在该直线上,其余点尽可能均衡地分布在该直线两侧,实际上是把偶然误差减小到最小了。
14.
(1)①
(2分);②平衡(2分);
(3分);
所选器材
简述实验方法
实验设计
A、C、E
用弹簧秤称出带夹子重锤的重力大小G,再用天平测出其质量m,则g=G/m。
或
实验设计
B、D、F、G、I、K、M
安装仪器,接通电源,让纸带随小车一起沿斜面下滑。
用刻度尺测出所需数据。
改变斜面高度再测一次。
利用两次数据,由牛顿第二定律算出结果。
(1)①972.0mm
②在铅笔上紧密排绕金属丝N匝,用米尺量出该N匝金属丝的宽度D,由此可以计算得出金属丝的平均直径为D/N
15.A、要用卡尺测出摆球直径d,摆长L等于摆线长与
之和
B、
C、g应多测几次,然后取平均值作为实验最后结果
16.
(1)AC
(2)(ⅰ)R0滑动变阻器甲E2(ⅱ)偏小
17.该学生实验每一步都有错误:
(1)不能将丝线缠绕在铁棒上,这样悬点不固定,摆长会随着摆动而发生变化,正确的做法应该是用夹子夹住,使悬点固定:
(2)20cm的摆长太短,一般应使摆长L>>摆球的直径d,取1m左右为宜;摆长应为线长加小球半径。
(3)偏角大于10°时,不能近似地认为单摆的振动是简谐运动,应使摆动偏角小于10°。
(4)放开手计时,不容易做到同步计时,应让小球摆至最低点即平衡位置开始计时(同
时在平衡位置下面放置一个标志物);
(5)用一次全振动的时间作为周期,误差很大,应用累积法,让摆球摆动30次~60次,测出总时间t,再求出周期T=t/n(n为单摆全振动的次数)
(6)一般实验要重复几次,取记录数据算出结果的平均值为最后测量的结果。
18.⑴AC(6分)
⑵①abcefg(3分)
②(4分)说明:
学生若用两只单刀单掷开关正确设计电路,给4分
解法一:
开关接a时,调节变阻器R1至适当位置并保持不变,记录电流表读数I1;开关接b时,调节电阻箱R2,记录电阻箱读数R2和电流表读数I2(2分)
(2分)
解法二略
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- 机械振动 实验