2024年高考物理实验探究题专项训练：机械振动

2024年高考物理实验探究题专项训练：机械振动 1．用如图甲所示的单摆来测量当地的重力加速度，多次改变细线的长度L（悬点到小球上方的距离），做出L与单摆周期的平方之间的关系图像如图乙所示；再用如图丙所示的圆锥摆来测量当地的重力加速度，做出圆锥摆周期的平方与H（悬点与轨迹圆圆心间的高度差）的关系图像如图丁所示。回答下列问题： (1)对乙图，若图线的斜率为，小球的半径为，则当地的重力加速度大小为 （用来表示），图像横轴的截距为 （用、表示）。 (2)对丁图，若图线的斜率为，则当地的重力加速度大小为 （用表示）。 2．一同学利用如图所示装置来测定当地的重力加速度。已知光滑圆弧凹槽ABC的半径为R，B为圆弧轨道最低点，A、C等高，θ很小。钢球的半径为r，当钢球经过圆弧轨道最低点B时，钢球的球心恰好经过光电门（图中未画出）。现将钢球从A点由静止释放，沿凹槽ABC自由往复运动，当光电门第一次被挡光时计数为“0”并开始计时，之后每挡光一次计数增加1，当计数为20时，计时为t。 (1)钢球往复运动的周期为 ； (2)钢球在圆弧轨道上的运动与单摆运动相似，根据“用单摆测量重力加速度”实验原理，可得当地的重力加速度的表达式为 。 (3)由于在计数时误将“19”计为“20”，由此测得重力加速度值与真实值相比是 。（填“偏大”或者“偏小”） 3．在用单摆测量重力加速度的实验中: (1)某同学组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺量得从悬点到摆球最顶端的长度，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图甲所示，则摆球直径 。 (2)实验时，他利用如图乙所示装置记录振动周期，在摆球运动的最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻，光敏电阻与某自动记录仪相连，该仪器显示的光每每电阻阻值随时间的变化图线如图丙所示，则该单摆的振动周期为 s。 (3)根据以上测量数据可得重力加速度 （结果保留三位有效数字）。 4．一同学利用图甲所示装置来测定当地的重力加速度。已知光滑圆弧凹槽ABC的半径为R，弧长为l（R远大于l），B为圆弧轨道最低点，A、C关于B点所在的竖直线对称。小钢球的半径为r（r远小于l），当小钢球经过圆弧轨道最低点B时，光传感器发出的光，恰好能过小钢球的球心。现将小钢球从A点由静止释放，沿凹槽ABC自由往复运动，光传感器接收端接收到一段时间内的光信号强度变化情况如图乙所示（只有已知）。 （1）该同学在分析光信号变化情况时，发现与相比，非常小，可以忽略不计。由此可得出，小钢球往复运动的周期为 。 （2）小钢球在圆弧轨道上的运动与单摆运动相似，根据“用单摆测量重力加速度”实验原理，可得当地的重力加速度g表达式为 。 （3）由于在计算周期时忽略了，由此测得重力加速度值与真实值相比是 。（选填“偏大”或者“偏小”） 5．某实验小组用以下方法探究木板沿水平方向运动的规律。在运动的木板正上方用细线悬挂一个除去了柱塞的小注射器，注射器内装上墨汁，做成秒摆（周期为），如图甲所示。注射器的平衡位置在木板中线的正上方，当注射器在竖直平面内摆动时，在木板上留下了墨汁图样，图样与中线各交点的距离关系如图乙所示。 （1）由图乙可知，木板向右做 （选填“加速”或“减速”）直线运动； （2）若木板的运动可视为匀变速直线运动，墨汁滴到木板A点时，木板的速度大小为 ，木板的加速度大小为 。（计算结果均保留2位有效数字） 6．在“用单摆测重力加速度”的实验中 （1）用毫米刻度尺测出细线的长度，用游标卡尺测出摆球的直径，如图甲所示，摆球的直径为 ． （2）现已测出悬点O到小球球心的距离（摆长）L及单摆完成n次全振动所用的时间t，则重力加速度 （用L、n、t表示）。 （3）甲同学测量出几组不同摆长L和周期T的数值，画出如图图像中的实线；乙同学也进行了实验，但实验后他发现测量摆长时忘记加上摆球的半径，则该同学作出的图像为 ； A．虚线①，不平行实线    B．虚线②，平行实线 C．虚线③，平行实线    D．虚线④，不平行实线 7．用如图所示的单摆测当地的重力加速度，试回答下列问题： （1）在摆球自然悬垂的状态下，用米尺测出摆线长为，用游标卡尺测得摆球的直径为，则该单摆的摆长 （用字母、表示）。 （2）若测得的重力加速度大小偏大，可能的原因是 。 A．把摆线的长度记为摆长 B．把悬点到摆球下端的长度记为摆长 C．实验中误将摆球经过平衡位置59次记为60次 D．摆线上端未牢固地系于悬点，在振动过程中出现松动 （3）若