1.3 单 摆 同步训练

  • 格式:doc
  • 大小:256.50 KB
  • 文档页数:7

第3节单摆
(时间:60分钟)
知识点一单摆及单摆周期公式的应用
1.关于单摆,下列说法中正确的是().A.摆球运动的回复力是摆线张力和重力的合力
B.摆球在运动过程中经过轨迹上的同一点,加速度是不变的
C.摆球在运动过程中加速度的方向始终指向平衡位置
D.摆球经过平衡位置时,加速度为零
解析摆球的回复力为重力沿轨迹切线方向的分力,A错;摆球经过最低点时,回复力为0,但合力提供向心力,C、D错;由简谐运动特点知B正确.答案 B
2.如图1-3-9所示是一个单摆(α<5°),其周期为T,则下列说
法正确的是().
A.把摆球质量增加一倍,则周期变小
B.把偏角α变小时,周期也变小
C.摆球由O→B→O,运动的时间为T
D.摆球由O→B→O,运动的时间为T 2
解析单摆的周期T与摆球质量无关,选项A错.偏角α变小,振幅变小,但单摆的周期T与振幅无关,选项B错.摆球由O→B→O的过程仅完成了
半个全振动,运动时间等于T
2,选项C错、D对.
图1-3-9
答案 D
3.一个单摆和一个弹簧振子,在上海调节使得它们的振动周期相等(设为T ).现在把它们一起拿到北京,若不再做任何调节.设这时单摆的振动周期为T 1,弹簧振子的振动周期为T 2,则它们的周期大小的关系为 ( ).
A .T 1<T 2=T
B .T 1=T 2<T
C .T 1>T 2=T
D .T 1<T 2<T
解析 弹簧振子的振动周期只与弹簧的劲度系数和振子质量有关,拿到北京后周期不变;北京的重力加速度比上海的大,单摆拿到北京后周期变小. 答案 A
4.如图1-3-10所示,甲、乙是摆长相同的两个单摆,它们中间用一根细线相连,其中一个摆线与竖直方向成θ角.已知甲的质量大于乙的质量.当细线突然断开后,两物块都做简谐运动,在摆动过程中下列说法正确的是 ( ). A .甲的振幅小于乙的振幅 B .甲的振幅等于乙的振幅
C .甲的最大速度小于乙的最大速度
D .甲的运动周期大于乙的运动周期
解析 由题意知,甲、乙是摆长相同的两个单摆,原来二者静止时由于质量不同,故偏角不同,质量大的偏角小,故甲的振幅小.A 正确,两物体在平衡位置时速度最大,根据mgh =1
2m v 2得v =2gh ,与质量无关,所以甲的最
大速度小于乙的最大速度,C 正确;根据T =2π l
g ,周期与质量无关,所
以D 错. 答案 AC
5.有一摆长为L 的单摆,悬点正下方某处有一小钉,当摆球经过平衡位置向左摆动时,摆线的上部将被小钉挡住.使摆长发生变化.现使摆球做小幅度摆动,摆球从右边最高点
图1-3-10
图1-3-11
M至左边最高点N运动过程的闪光照片,如图1-3-11所示(悬点和小钉未被摄入).P为摆动中的最低点,已知每相邻两次闪光的时间间隔相等,由此可知,小钉与悬点的距离为().
A.L
4 B.
L
2
C.3L
4D.无法确定
解析设每相邻两次闪光的时间间隔为t0,由图象可知摆球在右侧1
4周期所用
时间t1=4t0,在左侧1
4周期所用时间t2=2t0,故在右侧运动周期T1与在左侧
运动周期T2之比T1
T2=t1
t2=
2
1,根据单摆周期公式T=2π
l
g,可得
l1
l2=
4
1,故l1
=L,l2=1
4L,小钉与悬点的距离L′=l1-l2=
3
4L,正确答案为C.
答案 C
知识点二用单摆测重力加速度
6.在用单摆测定重力加速度时,某同学用同一套实验装置,用同样的步骤进行实验,但所测得的重力加速度总是偏大,其原因可能是().A.测定周期时,振动次数少数了一次
B.测定周期时,振动次数多数了一次
C.摆球的质量过大
D.计算摆长时,只考虑悬线的长度,没有加上小球的半径
解析由计算g的公式g=4π2l
T2可知,如果振动次数多数了一次,即T偏小,
使g偏大,选项A错、B对.摆球的质量过大,不影响单摆的周期与摆长,所以不影响测得的重力加速度,选项C错.当l偏小时,求得的g偏小,选项D错.
答案 B
7.在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中,若保持悬点到小球顶点的绳长不变,改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验,则该单摆的周期将________(填“变大”“不变”或“变小”).
解析 单摆的摆长等于悬点到小球顶点的绳长与小球半径之和,所以当小球的直径改为原来的2倍时,其摆长增大,由周期公式T =2πl
g 可知,单摆
的周期变大. 答案 变大
8.在利用单摆测定重力加速度的实验中,由单摆做简谐运动的周期公式得到g =4π2l
T 2.只要测出多组单
摆的摆长l 和运动周期T ,作出T 2-l 图象,就可以求出当
地的重力加速度.理论上T 2-l 图象是一条过坐
标原点的直线,某同学根据实验数据作出的图象如图1-3-12所示. (1)造成图象不过坐标原点的原因可能是_______________________________ _________________________________________________________________. (2)由图象求出的重力加速度g =________m/s 2.(取π2=9.87)
解析 (1)由图象知,当l =0时,T ≠0,说明l 不等于摆长,可能只是线长,忽略了球的半径.(2)图象的斜率k =4π2
g ,由图象知,k =4,故g =π2 m/s 2=9.87 m/s 2.
答案 (1)测单摆摆长时,漏掉了摆球的半径 (2)9.87 9.有五组同学用单摆测定重力加速度,各组的实验器材、数据如下表所示.若各组同学实验操作水平一样,那么第________组同学测定的结果最准确.若该组同学根据自己测得的
实验数据作出单摆的振动图象(如图1-3-13所示), 那么该同学测出的重力加速度大小是________m/s 2.
图1-3-12
图1-3-13
解析 小.从振动图象上知T =1.80 s ,代入公式g =4π2l
T 2,得g =9.74 m/s 2.
答案 第5组 9.74
10. 如图1-3-14所示,A 、B 分别为单摆做简谐振动时摆球的不同位置.其中,位置A 为摆球摆动的最高位置,虚线为过悬点的竖直线,以摆球最低位置为重力势能的零点,则摆球在摆动过程中 ( ). A .位于B 处时动能最大 B .位于A 处时势能最大
C .在位置A 的势能大于在位置B 的动能
D .在位置B 的机械能大于在位置A 的机械能
解析 摆球在摆动过程中总机械能守恒,只是动能和重力势能之间的转化,故D 错.位置A 是摆动的最高点,动能为零,势能最大,B 对.在B 处,总机械能为动能与势能之和,在A 处势能为总机械能,故C 对.摆球在平衡位
置时势能为零,动能最大,故A 错. 答案 BC
11.如图1-3-15所示为同一实验室中两个单摆的振动图象,从图中可知,两摆的 ( ). A .摆长相等 B .振幅相等 C .摆球质量相等
D .摆球同时改变速度方向
解析 由图象可知,两摆的振幅不同,周期相同,说明摆长相同,速度方向不是同时改变,所以选项A 对,B 、D 错;据图中信息无法判断摆球质量关系,选项C 错.
图1-3-14
图1-3-15
答案 A
12.一个单摆,在第一个行星上的周期为T 1,在第二个行星上的周期为T 2,若这两个行星的质量之比为M 1∶M 2=4∶1,半径之比R 1∶R 2=2∶1,则( ). A .T 1∶T 2=1∶1 B .T 1∶T 2=4∶1 C .T 1∶T 2=2∶1
D .T 1∶T 2=1∶2
解析 单摆的周期公式为T =2π
l g ,对同一单摆有T ∝1
g
.又根据万有引力定律mg =G M ·m R 2,有g =GM
R
2,因此T ∝
R 2
M ,故T 1∶T 2=
R 21·
M 2M 1·R 22
= 4×1
1×4=1. 答案 A
13.图1-3-16甲中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,设摆球向右运动为正方向,图1-3-16乙是这个单摆的振动图象,根据图象回答:
图1-3-16
(1)单摆振动的频率是多大? (2)开始时刻摆球在何位置?
(3)若当地的重力加速度为10 m/s 2,试求这个摆的摆长是多少? 解析 (1)由乙图知周期T =0.8 s , 则频率f =1
T =1.25 Hz.
(2)由乙图知,0时刻摆球在负向最大位移处,因向右为正方向,所以在B 点. (3)由T =2π
l g 得l =gT 2
4π2=0.16 m.
答案 (1)1.25 Hz (2)B 点 (3)0.16 m。