2023版新教材高中物理第二章机械振动专项5创新实验课时作业教科版选择性必修第一册

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 eq \a\vs4\al(专) eq \a\vs4\al(项) 5　创新实验提能力　1．某实验小组用如图甲所示的实验装置进行“测量重力加速度”并“验证机械能守恒定律”两个实验．该小组把轻质细绳的一端与一个摆球相连，另一端系在力传感器的挂钩上，整个装置位于竖直面内，将摆球拉离竖直方向一定角度，由静止释放，与传感器相连的计算机记录细绳的拉力F随时间t变化的图线．(1)首先测量重力加速度．将摆球拉离竖直方向的角度小于5°，让小球做单摆运动，拉力F随时间t变化的图线如图乙所示．①由图乙可知该单摆的周期T约为________ s(保留两位有效数字).②该小组测得该单摆的摆长为L，则重力加速度的表达式为________(用测量或者已知的物理量表示).(2)然后验证机械能守恒定律．将摆球拉离竖直方向较大角度后由静止释放，拉力F随时间t变化的图线如图丙所示．①要验证机械能守恒，还需要测量的物理量是________．②若图中A点的拉力用F1表示，B点的拉力用F2表示，则小球从A到B的过程中，验证机械能守恒的表达式为________(填表达式前的字母序号)．A． eq \f(1,2)(F2－mg)＝mg－F1B． eq \f(1,2)(mg－F1)＝F2－mgC．F2－mg＝mg－F12．传感器在物理实验研究中具有广泛的应用．单摆在运动过程中，摆线的拉力在做周期性的变化，这个周期性变化的力可用拉力传感器显示出来，从而可进一步研究单摆的运动规律．(1)实验时用游标卡尺测量摆球直径，示数如图甲所示，该摆球的直径d＝________ mm.(2)接着测量了摆线的长度为l0，实验时用拉力传感器测得摆线的拉力F随时间t变化的图像如图乙所示，则重力加速度的表达式g＝________(用题目和图中的已知量表示).(3)某小组改变摆线长度l0，测量了多组数据，在进行数据处理时，甲同学把摆线长l0作为摆长，直接利用公式求出各组重力加速度值再求出平均值；乙同学作出T2­l0图像后求出斜率，然后算出重力加速度，两同学处理数据的方法对结果的影响是：甲________，乙________(选填“偏大”“偏小”或“无影响”).专项5　创新实验1．答案：(1)①0.75　②g＝ eq \f(4π2L,T2)　(2)①摆球的质量　②A解析：(1)①小球做单摆运动，经过最低点拉力最大，由图乙可知11.0 s到14.0 s内有4个全振动，该单摆的周期T＝ eq \f(14.0－11.0,4)s＝0.75 s.②根据单摆周期公式T＝2π eq \r(\f(L,g))，可得重力加速度g＝ eq \f(4π2L,T2).(2)①图中A点对应速度为零的位置，即最高位置，根据受力分析可得F1＝mg cos θ，图中B点对应速度最大的位置，即最低点位置，根据牛顿第二定律可得F2－mg＝ eq \f(mv2,L)，小球从A到B的过程中，重力势能减小量为ΔEp＝mg(L－L cos θ)，动能的增加量为ΔEk＝ eq \f(1,2)mv2＝ eq \f(1,2)(F2－mg)L，要验证机械能守恒，需满足ΔEp＝ΔEk，解得 eq \f(1,2)(F2－mg)＝mg－F1，所以还需要测量的物理量是摆球的质量．②验证机械能守恒的表达式为 eq \f(1,2)(F2－mg)＝mg－F1，A正确，B、C错误．2．答案：(1)15.4　(2) eq \f(π2（l0＋\f(d,2)）,4t eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(0)) )　(3)偏小　无影响解析：(1)主尺示数是15 mm，游标尺示数是4×0.1 mm＝0.4 mm，摆球的直径为15 mm＋0.4 mm＝15.4 mm.(2)在单摆摆动的过程中，每一个周期中有两次拉力的最大值，由F－t图像可知，单摆周期T＝4t0，根据公式T＝2π  eq \r(\f(l,g))整理得：g＝ eq \f(π2（l0＋\f(d,2)）,4t eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(0)) ).(3)根据上式，甲同学把摆线长l0作为摆长，则摆长的测量值偏小，则g的测量值偏小；乙同学作出T2－l0图像后求出斜率k＝ eq \f(4π2,g)，重力加速度g＝ eq \f(4π2,k)，该方法计算出的重力加速度与摆长无关．