6. 小明将一细绳上端固定,下端系一金属螺母,做成摆长为$l$的摆(如图6所示),让螺母在竖直面内小幅度往复摆动。
(1)小明用刻度尺和机械秒表分别测量了摆的摆长和摆往返30次所用的时间,数据如下表所列,请你补全表格,并分析摆长$l$与周期$T$的关系。(周期$T$为摆往返1次所用的时间)


摆长$l/\mathrm{cm}$ | 往返30次所用的时间$t/\mathrm{s}$ | 周期$T/\mathrm{s}$
--- | --- | ---
30.00 | 33.0 |
40.00 | 38.1 |
50.00 | 42.6 |
摆长$l$与周期$T$的关系:
(2)小明在测量摆的周期时,不是直接测量摆往返1次所用的时间,而是先测量摆往返30次所用的时间再计算出周期。这样做的优点是什么?
(3)请通过调节绳子的长度,让这个装置小幅度摆动1个来回所用时间刚好为1 s,测出此时的摆长$l$:$l=$ $\mathrm{m}=$ $\mathrm{cm}=$ $\mathrm{mm}$。
(1)小明用刻度尺和机械秒表分别测量了摆的摆长和摆往返30次所用的时间,数据如下表所列,请你补全表格,并分析摆长$l$与周期$T$的关系。(周期$T$为摆往返1次所用的时间)
摆长$l/\mathrm{cm}$ | 往返30次所用的时间$t/\mathrm{s}$ | 周期$T/\mathrm{s}$
--- | --- | ---
30.00 | 33.0 |
40.00 | 38.1 |
50.00 | 42.6 |
摆长$l$与周期$T$的关系:
摆长$l$越长,周期$T$越大
。(2)小明在测量摆的周期时,不是直接测量摆往返1次所用的时间,而是先测量摆往返30次所用的时间再计算出周期。这样做的优点是什么?
(3)请通过调节绳子的长度,让这个装置小幅度摆动1个来回所用时间刚好为1 s,测出此时的摆长$l$:$l=$ $\mathrm{m}=$ $\mathrm{cm}=$ $\mathrm{mm}$。
答案
6. (1)1.10 1.27 1.42 摆长$l$越长,周期$T$越大 (2)直接测量摆往返1次所用时间,误差较大;先测量摆往返30次所用时间,再通过计算得出摆的周期$T$,可以减小误差。 (3)略(按实际测量结果填写)
解析
【分析】
(1)周期为摆往返1次的时间,已知往返30次的总时间,用总时间除以次数30即可算出各次对应的周期;再对比三组摆长和周期的数值,就能总结出二者的变化关系。
(2)单次测量摆的周期时,时间较短,测量的反应误差占比大,误差偏高;测量多次往返的总时间再求单次的平均周期,能降低误差的影响,提升测量准确度。
(3)调节摆长让摆动1个来回的时间为1s后,用刻度尺测量摆长,再按照长度单位进率换算单位即可,结果按实际测量值填写。
【解析】
(1)周期计算:
摆长为30.00cm时,$T_1=\frac{33.0\mathrm{s}}{30}=1.10\mathrm{s}$;
摆长为40.00cm时,$T_2=\frac{38.1\mathrm{s}}{30}=1.27\mathrm{s}$;
摆长为50.00cm时,$T_3=\frac{42.6\mathrm{s}}{30}=1.42\mathrm{s}$;
对比数据可知,摆长从30.00cm增大到50.00cm的过程中,周期同步增大,因此可得:摆长$l$越长,周期$T$越大。
(2)直接测量1次往返的时间,因为时间短,人反应带来的误差占比高,测量误差大;先测30次往返的总时间再计算周期,相当于多次测量取平均值,可以有效减小误差。
(3)调节摆长至周期为1s后,用刻度尺测量摆长,再根据1m=100cm=1000mm换算单位即可,结果按实际测量值填写。
【答案】
(1)1.10;1.27;1.42;摆长$l$越长,周期$T$越大
(2)直接测量摆往返1次所用时间,误差较大;先测量摆往返30次所用时间,再通过计算得出摆的周期$T$,可以减小误差。
(3)略(按实际测量结果填写)
【知识点】
单摆周期影响因素;累积法减小误差;长度单位换算
【点评】
本题以单摆探究实验为载体,考查了实验数据计算、实验方法分析等基础实验能力,贴合课内探究内容,注重对学生实验素养的考察,难度不高。
【难度系数】
0.75
(1)周期为摆往返1次的时间,已知往返30次的总时间,用总时间除以次数30即可算出各次对应的周期;再对比三组摆长和周期的数值,就能总结出二者的变化关系。
(2)单次测量摆的周期时,时间较短,测量的反应误差占比大,误差偏高;测量多次往返的总时间再求单次的平均周期,能降低误差的影响,提升测量准确度。
(3)调节摆长让摆动1个来回的时间为1s后,用刻度尺测量摆长,再按照长度单位进率换算单位即可,结果按实际测量值填写。
【解析】
(1)周期计算:
摆长为30.00cm时,$T_1=\frac{33.0\mathrm{s}}{30}=1.10\mathrm{s}$;
摆长为40.00cm时,$T_2=\frac{38.1\mathrm{s}}{30}=1.27\mathrm{s}$;
摆长为50.00cm时,$T_3=\frac{42.6\mathrm{s}}{30}=1.42\mathrm{s}$;
对比数据可知,摆长从30.00cm增大到50.00cm的过程中,周期同步增大,因此可得:摆长$l$越长,周期$T$越大。
(2)直接测量1次往返的时间,因为时间短,人反应带来的误差占比高,测量误差大;先测30次往返的总时间再计算周期,相当于多次测量取平均值,可以有效减小误差。
(3)调节摆长至周期为1s后,用刻度尺测量摆长,再根据1m=100cm=1000mm换算单位即可,结果按实际测量值填写。
【答案】
(1)1.10;1.27;1.42;摆长$l$越长,周期$T$越大
(2)直接测量摆往返1次所用时间,误差较大;先测量摆往返30次所用时间,再通过计算得出摆的周期$T$,可以减小误差。
(3)略(按实际测量结果填写)
【知识点】
单摆周期影响因素;累积法减小误差;长度单位换算
【点评】
本题以单摆探究实验为载体,考查了实验数据计算、实验方法分析等基础实验能力,贴合课内探究内容,注重对学生实验素养的考察,难度不高。
【难度系数】
0.75
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