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單擺單擺是能夠產(chǎn)生往復(fù)擺動的一種裝置,將無重細(xì)桿或不可伸長的細(xì)柔繩一端懸于一定點(diǎn),另一端固結(jié)一個(gè)重小球,就構(gòu)成單擺。單擺是一種理想的物理模型,它由理想化的擺球和擺線組成。單擺需要滿足以下條件:擺線由質(zhì)量不計(jì)、不可伸縮的細(xì)線提供;擺球密度較大,而且球的半徑比擺線的長度小得多,并且滿足偏角小于10°。
如圖1是一個(gè)單擺模型,均勻小球中心到固定點(diǎn)的距離稱為擺長,一般用L表示。把小球拉開一個(gè)小角度至A處,放開小球后,小球?qū)⒀刂鳤OB的軌跡做往復(fù)運(yùn)動,A、B兩點(diǎn)為運(yùn)動過程中的最高點(diǎn)。我們把O點(diǎn)稱之為平衡位置,該點(diǎn)的速度最大,假如小球從A到O點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí),那么小球按照O-B-O-A-O軌跡回到O時(shí)停止計(jì)時(shí),這段時(shí)間我們稱之為單擺的周期.單擺的周期也可看作小球從A點(diǎn)出發(fā)到下一次回到A點(diǎn)時(shí)經(jīng)歷的時(shí)間。
小剛想探究單擺的周期與什么因素有關(guān),他做了相關(guān)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表:
實(shí)驗(yàn)中小剛先用質(zhì)量為50g的小球做實(shí)驗(yàn),然后換用100g的小球重做實(shí)驗(yàn)。
擺長L(cm) | 質(zhì)量為50g的小球 30個(gè)周期T30(s) |
1個(gè)周期T(s) | 質(zhì)量為100g的 小球的T30(s) |
1個(gè)周期T(s) |
93.76 | 58.35 | 1.945 | 58.30 | 1.943 |
83.68 | 55.05 | 1.835 | 55.08 | 1.836 |
73.46 | 51.55 | 1.718 | 51.51 | 1.717 |
63.44 | 47.50 | 1.583 | 47.56 | 1.585 |
53.71 | 44.70 | 1.490 | 44.70 | 1.490 |
(1)關(guān)于單擺的說法中,正確的是
AC
AC
A.單擺能夠產(chǎn)生往復(fù)的振動
B.單擺擺繩可以用橡皮筋
C.單擺的擺球應(yīng)該用密度較大的金屬球
D.單擺在工作時(shí),擺球應(yīng)該在角度較大范圍內(nèi)擺動
(2)關(guān)于生活中的鐘表,下列說法中正確的是
C
C
A.石英手表的原理與鐘擺的原理相同
B.鐘擺可以豎直放置,也可以水平放置
C.鐘擺的擺球不可能一直擺動下去
D.生活中的鐘擺只有重力勢能和動能之間相互轉(zhuǎn)化
(3)單擺是一種理想模型,它的機(jī)械能W隨時(shí)間t的變化圖像是
A
A
(4)從文中可看出,在誤差允許范圍內(nèi),可以判斷與單擺周期一定無關(guān)的物理量是
擺球的質(zhì)量
擺球的質(zhì)量
。(5)冬天天氣變冷,鐘擺擺桿容易因?yàn)闊崦浝淇s而變短,這樣會導(dǎo)致時(shí)鐘變
快
快
(快/慢)。【考點(diǎn)】單擺的應(yīng)用.
【答案】AC;C;A;擺球的質(zhì)量;快
【解答】
【點(diǎn)評】
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發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:52引用:2難度:0.5
相似題
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1.小剛同學(xué)正在游樂場觀察一位小朋友蕩秋千,他注意到:小朋友在來回?cái)[動時(shí),每一次擺動的時(shí)間似乎相等。
為了驗(yàn)證這個(gè)猜想是否正確,小剛同學(xué)用一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)?zāi)M了小朋友蕩秋千的過程,用秒表測量了每一次擺動所用的時(shí)間,發(fā)現(xiàn)確實(shí)相等。他感到非常好奇和驚喜,把這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)論告訴了在同一物理學(xué)習(xí)小組的小明、小紅。他們又查閱了有關(guān)的物理資料,了解到如圖1所示的裝置叫單擺。單擺來回?cái)[動一次,即A→B→C→B→A所用的時(shí)間,叫做單擺的周期。他們所發(fā)現(xiàn)的每擺動一次所用的時(shí)間相等的規(guī)律,伽利略300多年前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了,叫做“擺的等時(shí)性原理”,人們還利用這個(gè)原理制造了擺鐘。
小明又提出:一個(gè)單擺每次擺動所用的時(shí)間相等,是不是所有的單擺周期都相等呢?
于是,他們又制作了各種各樣的單擺。擺球質(zhì)量有大的,有小的;擺線有長的,有短的…通過多次測量他們發(fā)現(xiàn),不同單擺的周期常常不相等。那么單擺的周期跟什么因素有關(guān)呢?他們根據(jù)各種單擺擺動的情況猜測:單擺的周期可能跟擺球的質(zhì)量、擺線的長度及開始時(shí)擺球的高度有關(guān)。為了驗(yàn)證這些猜想是否正確,他們設(shè)計(jì)并進(jìn)行了下面的三組實(shí)驗(yàn):
仔細(xì)觀察圖中給出的信息,你知道他們每一組實(shí)驗(yàn)的目的是什么嗎?通過每一組實(shí)驗(yàn)可以得出什么結(jié)論?
第(1)組:研究目的
第(2)組:研究目的
第(3)組:研究目的
生活中常見利用擺的等時(shí)性制造的擺鐘,擺的下端有一個(gè)可上下調(diào)動的螺母,調(diào)節(jié)它,可以調(diào)節(jié)鐘表的快慢。如果鐘表慢了,應(yīng)怎樣調(diào)節(jié)?請你說說其中的道理。發(fā)布:2024/10/27 17:0:2組卷:25引用:1難度:0.5 -
2.通過進(jìn)一步觀察,伽利略發(fā)現(xiàn):不論擺動的幅度大些還是小些,完成一次擺動的時(shí)間(即擺動周期)是一樣的,這在物理學(xué)中叫做“擺的等時(shí)性”原理,各種機(jī)械擺鐘都是根據(jù)這個(gè)原理制作的。
著名物理學(xué)家伽利略在比薩大學(xué)讀書時(shí),對擺動規(guī)律的探究,是他第一個(gè)重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn),有一次他發(fā)現(xiàn)教堂上的吊燈因?yàn)轱L(fēng)吹不停地?cái)[動,盡管吊燈的擺動幅度越來越小,但每一次擺動的時(shí)間似乎相等。
后來,伽利略又把不同質(zhì)量的鐵球系在繩端做擺錘進(jìn)行實(shí)驗(yàn),他通過研究發(fā)現(xiàn)了擺的一系列規(guī)律。
小芳對“伽利略對擺動的研究”很感興趣,于是仿照伽利略的做法利用如圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),她先測出了擺線的懸掛點(diǎn)O到鐵球球心的距離L,擺動過程中擺線長度不變,并將此定義為擺長L,然后將鐵球拉倒左側(cè)最高點(diǎn),釋放小球,使小球來回?cái)[動,再測出了擺球擺動30次所用的時(shí)間,進(jìn)而算出擺球擺動一次所用時(shí)間。小芳猜想這一時(shí)間可能與擺球的質(zhì)量m和擺長L有關(guān),她做探究擺動一次所用的時(shí)間與擺長關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表:
次數(shù)擺線長
L/m擺動30次的時(shí)間/s 擺動1次
時(shí)間/s1 0.25 30.0 1.0 2 0.50 42.6 1.4 3 0.75 52.1 1.7 4 1.00 60.0 2.0 5 2.00 85.1 2.8
(2)不論擺動的幅度大些還是小些,完成一次擺動的時(shí)間是一樣的,這在物理學(xué)中叫做擺的性。小芳在實(shí)驗(yàn)中擺球擺動的幅度可以用來表示。
(3)小芳在探究一次所用的時(shí)間T與擺長L關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中,下列做法中必須的是
A.控制擺長L保持不變 B.控制擺動的幅度保持不變
C.控制擺球的質(zhì)量保持不變 D.控制擺動30次的時(shí)間保持不變
(4)小芳在實(shí)驗(yàn)中用到的測量工具有和。
(5)分析表中數(shù)據(jù)可知,擺球擺動一次所用的時(shí)間T隨著擺長L的增大而,T很可能與成正比。發(fā)布:2024/10/27 17:0:2組卷:80引用:1難度:0.1 -
3.閱讀短文,回答問題:
單擺 用一根長度不變、質(zhì)量可忽略不計(jì)的細(xì)線懸掛一個(gè)小球,在重力作用從一定的高度在豎直平面內(nèi)作周期運(yùn)動,就成為單擺。如圖甲所示,小球在A、B之間來回?cái)[動,從繩的上端到小球球心的距離叫擺長,用l表示,單位:米。
單擺在擺動過程中速度會發(fā)生變化,向下擺動速度會增大,向上擺動速度會減小。
單擺來回?cái)[動一次的時(shí)間叫做周期,用T表示,單位:秒。由于單擺來回?cái)[動一次的時(shí)間較短,直接測量誤差較大。意大利物理學(xué)家伽利略發(fā)現(xiàn):在一定的范圍內(nèi),不論擺動的幅度多大,單擺完成一次擺動的時(shí)間總相同,即擺的等時(shí)性原理。因此,通過測量單擺來回?cái)[動多次的時(shí)間,再計(jì)算出來回?cái)[動一次的時(shí)間,可提高周期測量的準(zhǔn)確性。
小明在某次實(shí)驗(yàn)中探究了周期T與擺長l的關(guān)系,獲得的數(shù)據(jù)如下表所示:
擺鐘(如圖乙所示)、蕩秋千等就是生活中的單擺。實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 擺長l/m 0.30 0.40 0.50 0.60 .70 0.80 0.90 1.00 周期T/s 1.1 1.3 1.4 1.5 1.7 1.8 1.9 2.0 周期平方T2/s2 1.2 1.6 2.0 2.3 2.9 3.2 3.6 4.0
(1)從表中數(shù)據(jù)可知,單擺的擺長l越長,周期T越(長/短)。
(2)請根據(jù)表中數(shù)據(jù),在圖丙中作出單擺周期的平方T2與擺長l的關(guān)系圖象。
(3)關(guān)于單擺,下列說法正確的是。
A.小球在擺動的過程中運(yùn)動狀態(tài)不變
B.小球從A擺向B的過程中,經(jīng)過E點(diǎn)速度小于經(jīng)過F點(diǎn)的速度
C.在一定的范圍內(nèi),若將小球拉到更高的位置由靜止釋放,則擺動的周期會變長
D.若家里的擺鐘慢了,可通過縮短擺長進(jìn)行校正
(4)圖甲中當(dāng)小球擺到最高點(diǎn)B時(shí),速度為0,此時(shí)小球(是/不是)處于平衡狀態(tài),你的理由是。
(5)圖甲中,當(dāng)小球從A擺向B的過程中,經(jīng)過F點(diǎn)時(shí),剪斷細(xì)后,則小球?qū)⒀厝鐖D中的哪條路徑繼續(xù)運(yùn)動?(不計(jì)空氣阻力)。發(fā)布:2024/10/27 17:0:2組卷:49引用:1難度:0.5
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