题目
按照作图规则作一直线图,并计算直线斜率和-|||-重力加速度g(提示: 摆长L为自变量,原点可-|||-以取 L=45cm , ^2=(1.8{S)^2} )。-|||-摆长L 46.1 56.5 67.3 79.0 89.4 99.9-|||-(cm)-|||-周期-|||-^2((S)^2) 1.858|2.271|2.706|3 3.183|3.603|4.032|
题目解答
答案
解析
本题考查利用单摆实验数据计算重力加速度$g$的能力,核心在于正确建立线性关系并处理数据。关键点如下:
- 单摆周期公式:$T=2\pi \sqrt{\dfrac{L}{g}}$,平方后得$T^2 = \dfrac{4\pi^2}{g}L$,表明$T^2$与$L$成正比,比例系数为$\dfrac{4\pi^2}{g}$。
- 数据处理:题目要求以$L$为自变量作图,但需注意原点平移(取$L=45\ \text{cm}$,$T^2=1.8\ \text{s}^2$),通过计算$\Delta L$和$\Delta T^2$消除截距,使直线更符合理论关系。
- 斜率与$g$的关系:平移后直线方程为$\Delta L = \dfrac{g}{4\pi^2} \Delta T^2$,斜率$k = \dfrac{g}{4\pi^2}$,最终通过$k$反推$g$。
数据转换与平移
- 单位转换:将摆长$L$从厘米转换为米($L/\text{m} = L/\text{cm} \div 100$)。
- 平移计算:
- $\Delta L = L/\text{m} - 0.45$(原点$L=45\ \text{cm}=0.45\ \text{m}$)
- $\Delta T^2 = T^2 - 1.8$(原点$T^2=1.8\ \text{s}^2$)
作图与斜率计算
- 作$\Delta L$-$\Delta T^2$直线:以$\Delta T^2$为横轴,$\Delta L$为纵轴,描点连线。
- 斜率计算:选取两个代表性点(如首末点):
- 点1:$(\Delta T^2=0.058, \Delta L=0.011)$
- 点2:$(\Delta T^2=2.232, \Delta L=0.549)$
- 斜率$k = \dfrac{0.549 - 0.011}{2.232 - 0.058} \approx 0.25 = \dfrac{1}{4}$
重力加速度计算
根据斜率公式$k = \dfrac{g}{4\pi^2}$,代入$k = \dfrac{1}{4}$:
$g = 4\pi^2 \cdot \dfrac{1}{4} = \pi^2 \approx 9.87\ \text{m/s}^2$