小明在实验室看到一科学玩具——牛顿摆，如图1甲所示，它由支架、细线和5个完全相同的钢球组成，每个钢球通过两根无弹性细线固定在支架上，并紧挨着排列在同一水平直线上。拉起最左侧的钢球，释放后，它像单摆一样向右摆动撞击相邻钢球，仅把最右侧的钢球撞出，其他球几乎静止不动。
这引发了小明的思考：为什么碰撞后仅有一个球摆动，而其余球仍然保持静止？于是他提出问题：被撞而摆动的钢球数量与哪些因素有关？接着他作出以下猜想：
Ⅰ．可能与撞击球撞击时的速度大小有关
Ⅱ．可能与撞击球的数量多少有关
将牛顿摆等效为单摆模型，如图1乙所示是一个钢球撞击其它钢球的情形，五个钢球自左向右标为A～E球。若不考虑能量损失，请回答下列问题：
（1）将A球作为撞击球拉至一定的高度（保持细线绷直），释放后，A球向右摆动过程中，将 重力势重力势能转化为动能；
（2）探究猜想Ⅰ时，为了改变撞击球撞击时的速度，你的操作办法是：将A球拉至不同的高度由静止释放将A球拉至不同的高度由静止释放。释放后，当钢球发生碰撞时，仅有E球被撞出，由此可判断：被撞而摆动的钢球数量与撞击球的速度 无关无关（选填：“有关”或“无关”）；
（3）通过上述实验，小明还是不明白为什么仅有一个球被撞出，于是他向老师请教，老师说：牛顿摆的钢球间发生碰撞时，撞击球的速度被大小不变地依次“传递”给下一个球，所以最终只有一个钢球被撞出。根据老师的讲解，小明继续探究猜想Ⅱ，将A、B两球作为撞击球紧挨着拉起一定高度后同时释放，A、B球向右摆动并与C球相撞，则此时可观察到的现象是如图2中的 乙乙（选填：“甲”、“乙”或“丙”）。
【考点】单摆的应用．
【答案】重力势；将A球拉至不同的高度由静止释放；无关；乙
【解答】
【点评】
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发布：2024/8/18 0:0:1组卷：104引用：3难度：0.4
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1．通过进一步观察，伽利略发现：不论摆动的幅度大些还是小些，完成一次摆动的时间（即摆动周期）是一样的，这在物理学中叫做“摆的等时性”原理，各种机械摆钟都是根据这个原理制作的。
著名物理学家伽利略在比萨大学读书时，对摆动规律的探究，是他第一个重要的科学发现，有一次他发现教堂上的吊灯因为风吹不停地摆动，尽管吊灯的摆动幅度越来越小，但每一次摆动的时间似乎相等。
后来，伽利略又把不同质量的铁球系在绳端做摆锤进行实验，他通过研究发现了摆的一系列规律。
小芳对“伽利略对摆动的研究”很感兴趣，于是仿照伽利略的做法利用如图所示的装置进行实验，她先测出了摆线的悬挂点O到铁球球心的距离L，摆动过程中摆线长度不变，并将此定义为摆长L，然后将铁球拉倒左侧最高点，释放小球，使小球来回摆动，再测出了摆球摆动30次所用的时间，进而算出摆球摆动一次所用时间。小芳猜想这一时间可能与摆球的质量m和摆长L有关，她做探究摆动一次所用的时间与摆长关系的实验数据如表：
（1）小芳用铁球制成摆，把铁球拉倒不同高度，位置越高，铁球的能越大，若不考虑空气阻力和其他能量损失，铁球会一直摆动下去，摆动过程中铁球的能保持不变。
次数摆线长
L/m摆动30次的时间/s 摆动1次
时间/s1 0.25 30.0 1.0 2 0.50 42.6 1.4 3 0.75 52.1 1.7 4 1.00 60.0 2.0 5 2.00 85.1 2.8
（2）不论摆动的幅度大些还是小些，完成一次摆动的时间是一样的，这在物理学中叫做摆的性。小芳在实验中摆球摆动的幅度可以用来表示。
（3）小芳在探究一次所用的时间T与摆长L关系的实验中，下列做法中必须的是
A．控制摆长L保持不变 B．控制摆动的幅度保持不变
C．控制摆球的质量保持不变 D．控制摆动30次的时间保持不变
（4）小芳在实验中用到的测量工具有和。
（5）分析表中数据可知，摆球摆动一次所用的时间T随着摆长L的增大而，T很可能与成正比。发布：2024/10/27 17:0:2组卷：81引用：1难度：0.1 -
2．小刚同学正在游乐场观察一位小朋友荡秋千，他注意到：小朋友在来回摆动时，每一次摆动的时间似乎相等。
为了验证这个猜想是否正确，小刚同学用一个简单的实验模拟了小朋友荡秋千的过程，用秒表测量了每一次摆动所用的时间，发现确实相等。他感到非常好奇和惊喜，把这个实验过程和结论告诉了在同一物理学习小组的小明、小红。他们又查阅了有关的物理资料，了解到如图1所示的装置叫单摆。单摆来回摆动一次，即A→B→C→B→A所用的时间，叫做单摆的周期。他们所发现的每摆动一次所用的时间相等的规律，伽利略300多年前已经发现了，叫做“摆的等时性原理”，人们还利用这个原理制造了摆钟。
小明又提出：一个单摆每次摆动所用的时间相等，是不是所有的单摆周期都相等呢？
于是，他们又制作了各种各样的单摆。摆球质量有大的，有小的；摆线有长的，有短的…通过多次测量他们发现，不同单摆的周期常常不相等。那么单摆的周期跟什么因素有关呢？他们根据各种单摆摆动的情况猜测：单摆的周期可能跟摆球的质量、摆线的长度及开始时摆球的高度有关。为了验证这些猜想是否正确，他们设计并进行了下面的三组实验：
仔细观察图中给出的信息，你知道他们每一组实验的目的是什么吗？通过每一组实验可以得出什么结论？
第（1）组：研究目的；结论。
第（2）组：研究目的；结论。
第（3）组：研究目的；结论。
生活中常见利用摆的等时性制造的摆钟，摆的下端有一个可上下调动的螺母，调节它，可以调节钟表的快慢。如果钟表慢了，应怎样调节？请你说说其中的道理。发布：2024/10/27 17:0:2组卷：25引用：1难度：0.5 -
3．阅读短文，回答问题：
单摆 用一根长度不变、质量可忽略不计的细线悬挂一个小球，在重力作用从一定的高度在竖直平面内作周期运动，就成为单摆。如图甲所示，小球在A、B之间来回摆动，从绳的上端到小球球心的距离叫摆长，用l表示，单位：米。
单摆在摆动过程中速度会发生变化，向下摆动速度会增大，向上摆动速度会减小。
单摆来回摆动一次的时间叫做周期，用T表示，单位：秒。由于单摆来回摆动一次的时间较短，直接测量误差较大。意大利物理学家伽利略发现：在一定的范围内，不论摆动的幅度多大，单摆完成一次摆动的时间总相同，即摆的等时性原理。因此，通过测量单摆来回摆动多次的时间，再计算出来回摆动一次的时间，可提高周期测量的准确性。
小明在某次实验中探究了周期T与摆长l的关系，获得的数据如下表所示：
摆钟（如图乙所示）、荡秋千等就是生活中的单摆。实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 摆长l/m 0.30 0.40 0.50 0.60 .70 0.80 0.90 1.00 周期T/s 1.1 1.3 1.4 1.5 1.7 1.8 1.9 2.0 周期平方T2/s2 1.2 1.6 2.0 2.3 2.9 3.2 3.6 4.0 
（1）从表中数据可知，单摆的摆长l越长，周期T越（长/短）。
（2）请根据表中数据，在图丙中作出单摆周期的平方T2与摆长l的关系图象。
（3）关于单摆，下列说法正确的是。
A．小球在摆动的过程中运动状态不变
B．小球从A摆向B的过程中，经过E点速度小于经过F点的速度
C．在一定的范围内，若将小球拉到更高的位置由静止释放，则摆动的周期会变长
D．若家里的摆钟慢了，可通过缩短摆长进行校正
（4）图甲中当小球摆到最高点B时，速度为0，此时小球（是/不是）处于平衡状态，你的理由是。
（5）图甲中，当小球从A摆向B的过程中，经过F点时，剪断细后，则小球将沿如图中的哪条路径继续运动？（不计空气阻力）。
发布：2024/10/27 17:0:2组卷：49引用：1难度：0.5
