Question

在“利用單擺測重力加速度”的實驗中：
（1）甲同學測得的重力加速度數值明顯大于當地的重力加速度值，造成這一情況的可能原因是

 

；
A．測量擺長時，把懸掛狀態的擺線長當成擺長
B．測量周期時，當擺球通過平衡位置時啟動秒表并記為第1次，此后擺球第50次通過平衡位置時制動秒表，讀出經歷的時間為t，并由計算式T=

t

25

求得周期
C．開始擺動時振幅過小
D．所用擺球的質量過大
（2）乙同學先用米尺測得擺線長為97.43cm，用卡尺測得擺球直徑如圖甲所示為

 

cm，然后用秒表記錄單擺完成全振動50次所用的時間，從圖乙可讀出時間為

 

s，當地的重力加速度g=

 

m/s²．（重力加速度的計算結果保留三位有效數字）
（3）實驗中，如果擺球密度不均勻，無法確定重心位置，丙同學設計了一個巧妙的方法而不用測量擺球的半徑．具體作法如下：
①第一次懸線長為L₁時，測得振動周期為T₁；
②第二次增大懸線長為L₂時，測得振動周期為T₂；
③根據單擺周期公式可求得重力加速度為g=

 

．（用題給符號表示）

Answer 1

分析：由單擺周期公式，求出重力加速度的表達式，根據重力加速度的表達式，分析重力加速度測量值偏大的原因．
游標卡尺的讀數：先讀主尺，再加上游標尺（格數乘以分度分之一，格數找對齊的一個不估讀），
秒表的讀數：先讀內圈，讀數時只讀整數，小數由外圈讀出，讀外圈時，指針是準確的，不用估讀，代入g的表達式可求解；
設擺球的重心到線與球結點的距離為r，根據單擺周期的公式分別列出方程，求解重力加速度．

解答：解：（1）由單擺周期公式T=2π

L g

，可知重力加速度：g=

4π2L

T2

A、由g=

4π2L

T2

可知，當l偏小會才會引起測量值小，故A錯誤
B、由g=

4π2L

T2

可知，當T偏小會引起測量值偏大．故B正確．
C、重力加速度的測量值與振幅無關，振幅偏小，不影響測量結果，故C錯誤；
D、g的值與擺球的質量無關，故D錯誤
故選：B
（2）直徑：主尺：2.1cm，游標尺對齊格數：5個格，讀數：5×

1

20

mm=0.25mm=0.025cm
所以直徑為：2.1+0.025=2.125cm
秒表讀數：內圈：1.5分鐘=90s，外圈：9.8s，所以讀數為：99.8s
由g=

4π2L

T2

，L=97.43+

2.125

2

=98.49cm，T=

99.8

50

s=1.996s
代入解得：g=9.75m/s²
（3）設擺球的重心到線與球結點的距離為r，根據單擺周期的公式：T=2π

L g

故：T₁=2π

L1+r g

T2=2π

L2+r g

聯立兩式解得：g=

4π2(L1-L2)

T 2 1 - T 2 2

故答案為：（1）B；（2）2.125，99.8，9.75；（3）

4π2(L1-L2)

T 2 1 - T 2 2

點評：解決本題的關鍵掌握單擺的周期公式，知道測量重力加速度的原理