力学实验专题学生版Word下载.docx
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主要考查实验原理、应用纸带求时间、速度、加速度或与速度、加速度有关的问题。
3.振华同学用下图所示的实验装置验证牛顿第二定律。
(1)该实验装置中有两处错误,分别是:
_________________和_____________________。
(2)振华同学在老师的指导下改正了实验装置中的错误后,将细绳对小车的拉力当做小车及车上砝码受到的合外力,来验证“合外力一定时加速度与质量成反比”。
①实验中,砝码盘及盘内砝码的总质量m最好应为________(填选项前的字母)。
A.10g B.50g
C.100gD.1kg
②振华同学在验证“合外力一定时加速度与质量成反比”的实验时,用电磁打点计时器打了一条理想的纸带,他按要求选取计数点后,在测量各相邻两计数点间的距离时不慎将纸带撕成了几段,但他清楚地知道甲、乙图属于同一纸带,则丙、丁、戊图中属于上述纸带的是________。
③由甲、乙图可求得小车的加速度大小为________m/s2(小数点后保留两位数字)。
4.[2015·
南昌一模]某实验小组用图甲实验装置探究合力做功与动能变化的关系。
铁架台竖直固定放置在水平桌面上,长木板一端放置在水平桌面边缘P处,另一位置放置在铁架台竖直铁杆上,使长木板倾斜放置,长木板P处放置一光电门,用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光时间。
实验步骤是:
①用游标卡尺测出滑块的挡光宽度L,用天平测量滑块的质量m。
②平衡摩擦力:
以木板放置在水平桌面上的P处为轴,调节长木板在铁架台上的放置位置,使滑块恰好沿木板向下做匀速运动。
在铁架台竖直杆上记下此位置Q1,用刻度尺测出Q1到水平面的高度H。
③保持P位置不变,长木板一端放置在铁架台竖直杆Q2上。
用刻度尺量出Q1Q2的距离h1,将滑块从Q2位置由静止释放,由光电门计时器读出滑块的挡光时间t1。
④保持P位置不变,重新调节长木板一端在铁架台上的放置位置,重复步骤③数次。
Ⅰ.滑块沿长木板由Q2运动到P的过程中,用测量的物理量回答下列问题(重力加速度已知为g):
(1)滑块通过光电门的速度v=________。
(2)滑块动能的变化量ΔEk=________。
(3)滑块克服摩擦力做的功Wf=________。
(4)合力对滑块做的功W合=________。
Ⅱ.某学生以铁架台竖起杆上的放置位置到Q1的距离h为横坐标,以滑块通过光电门的挡光时间平方倒数
为纵坐标,根据测量数据在坐标中描点画出如图乙所示直线,直线延长线没有过坐标原点,其原因主要是______________________________。
(三)一套装置、一条纸带串联五个实验
“长木板(带滑轮)、小车、纸带、打点计时器”体系装置,主要来研究匀变速直线运动,验证牛顿第二定律和机械能守恒,探究动能定理以及测定动摩擦因数五个实验。
5.如图甲所示的实验装置在力学实验中有重要的应用,设小车的总质量为M,小盘和盘中砝码总质量为m,打点计时器的打点周期为T,则:
(1)用该装置做研究匀变速运动规律实验时得到的一条纸带,连续计时点A、B、C、D、E、F、G间距离如图乙所示。
小车加速度大小的计算式应为a=________。
(2)下列关于该装置的应用正确的是________。
A.可用图甲所示装置研究匀变速运动的规律,但要抬高木板的右端,以平衡摩擦力
B.可用图甲所示装置探究加速度与力、质量的关系,平衡摩擦力时,小车应拖着纸带,在小盘和砝码的拉动下恰好做匀速运动
C.可用图甲所示装置探究动能定理,要定量研究小车所受合外力的功和小车动能变化的关系时,需要平衡摩擦力,同时还要满足m≪M
D.可用图甲所示装置验证小车的机械能守恒,但要抬高木板的右端,以平衡摩擦力
6.[2015·
泰安一模]用如图所示的装置探究加速度与力和质量的关系,带滑轮的长木板和弹簧测力计均水平固定。
(1)实验时,一定要进行的下列操作是____________。
a.小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录弹簧测力计的示数
b.改变砂和砂桶质量,打出几条纸带
c.用天平测出砂和砂桶的质量
d.为减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量
(2)以弹簧测力计的示数F为横坐标,以加速度a为纵坐标,画出的aF图象可能正确的是________。
(3)若得出的aF图象的斜率为k,则小车的质量为___________。
(四)“橡皮条、弹簧”类实验
主要考查实验原理及数据处理的方法,主要有验证平行四边形法则,探究弹力大小与伸长量关系,以及探究动能定理等实验。
作出Wv2图象,则下列符合实际的图象是________,小车的质量________(斜率为k)。
7.[2015·
福建高考]某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。
①图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,其示数为7.73cm;
图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度,此时弹簧的伸长量Δl为________cm;
②本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力,关于此操作,下列选项中规范的做法是________;
(填选项前的字母)
A.逐一增挂钩码,记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
B.随意增减钩码,记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
③图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线,图线的AB段明显偏离直线OA,造成这种现象的主要原因是______
__________________________________________________________。
8.[2015·
山西质监]为探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系,某同学设计了如图(a)的实验装置。
实验步骤如下:
①用游标卡尺测量滑块上遮光片的宽度d,游标卡尺的示数如图(b);
②将水平弹簧的一端固定于水平气垫导轨的左侧;
③用滑块压缩弹簧,记录弹簧的压缩量x;
④释放滑块,记录滑块脱离弹簧后通过光电门的时间Δt,算出滑块的速度v;
⑤重复步骤③④,作出v与x的关系图象如图(c)。
回答下列问题:
(1)遮光片的宽度为________cm。
(2)若Δt=3.0×
10-2s,则滑块的速度为________m/s。
(3)由图(c)可知,v与x成________关系。
(4)实验可得结论:
对同一根弹簧,弹性势能与弹簧压缩量的关系是_________________________。
(五)力学创新实验的分析技巧
[2015·
课标全国卷Ⅰ](6分)某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。
所用器材有:
玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R=0.20m)。
完成下列填空:
(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上,如图(a)所示,托盘秤的示数为1.00kg;
(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时,托盘秤的示数如图(b)所示,该示数为________kg;
(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放,小车经过最低点后滑向另一侧。
此过程中托盘秤的最大示数为m;
多次从同一位置释放小车,记录各次的m值如下表所示:
序号
1
2
3
4
5
m(kg)
1.80
1.75
1.85
1.90
(4)根据以上数据,可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为________N;
小车通过最低点时的速度大小为________m/s。
(重力加速度大小取9.80m/s2,计算结果保留2位有效数字)
(六)专题跟踪强化训练
1.[2015·
抚顺期中]某同学验证动能定理的实验装置如图1所示。
水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨;
导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑片,其总质量为M,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一易拉罐相连,易拉罐和里面的细沙总质量为m;
遮光片两条长边与导轨垂直;
导轨上B点有一光电门,可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间为t,L表示A、B两点间的距离。
滑块与气垫导轨间没有摩擦,用g表示重力加速度。
(1)该同学首先用游标卡尺测量了遮光片的宽度。
将游标卡尺的测量爪合在一起,发现游标尺的零刻度线与主尺的零刻度线不重合,如图2甲所示。
用此游标卡尺测遮光片的宽度时示数如图2乙所示读数值d测=________mm,遮光片宽度的实际值d真=________mm。
(2)该同学首先调整导轨倾角,易拉罐内盛上适量细沙,用轻绳通过滑轮连接在滑块上。
让滑块恰好在A点静止,此时易拉罐和里面的细沙总质量为m。
剪断细绳后,滑块开始加速下滑,则其受到的合外力为________。
(3)为验证从A→B过程中小车合外力做功与滑块动能变化的关系,需要验证的关系式为________(用题目中所给的物理量符号表示)。
2.[2015·
淮安调研]如图甲所示,一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。
有一直径为d、质量为m的金属小球从A处由静止释放,下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门,测得A、B间的距离为H(H≫d),光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t,当地的重力加速度为g。
则:
(1)如图乙所示,用游标卡尺测得小球的直径d=________mm。
(2)小球经过光电门B时的速度表达式为____________________。
(3)多次改变高度H,重复上述实验,作出
随H的变化图象如图丙所示,当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式:
________________时,可判断小球下落过程中机械能守恒。
(4)实验中发现动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能减少量ΔEp,增加下落高度后,则ΔEp-ΔEk将________(选填“增加”、“减小”或“不变”)。
3.如图甲,一个圆盘可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动。
圆盘加速转动时,纸带随圆盘运动通过打点计时器打上一系列点。
用20分度的游标卡尺测得圆盘的直径如图乙所示,用此装置打出的一条纸带如图丙所示(打点计时器所接交流电的频率为50Hz,A、B、C、D……为计数点,相邻两计数点间有四个点未画出)。
(1)根据图乙读出圆盘的直径为________cm;
(2)根据图丙计算,打D点时圆盘转动的角速度为________rad/s;
(3)由图丙可知,纸带运动的加速度大小为________m/s2。
4.物理兴趣小组的同学现用如图所示的实验装置“研究匀变速直线运动”:
表面粗糙的木板固定在水平桌面上,打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz,小车到滑轮的距离大于钩码到地面之间的距离。
实验时先用手固定小车,挂上适量的钩码,接通打点计时器的电源,释放小车,小车在钩码的作用下开始做匀加速运动,打点计时器在纸带上打出一系列的点。
钩码落地后,小车继续在木板上向前运动。
下图是钩码落地后打点计时器打出的一段纸带,相邻两计数点之间的时间间隔为T=0.1s,解答下列问题(计算结果保留两位有效数字):
(1)他们已计算出小车在通过计数点1、2、3、4、5、6的瞬时速度,并填入了下表,以0点为计时起点,根据表中的数据请你在下图中作出小车的vt图象;
各计数点的
瞬时速度
单位(m/s)
v1
v2
v3
v4
v5
v6
0.412
0.364
0.314
0.264
0.215
0.165
(2)由所作的vt图象可判断出小车做________(选填“匀速直线运动”或“匀变速直线运动”或“不能判断”);
(3)根据图象可求得钩码落地后小车的加速度a=________m/s2;
(4)若小车的质量m=1kg,则小车与木板之间的动摩擦因数μ=________(g=10m/s2)。
5.[2015·
山东高考]某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。
实验步骤:
①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上,使其轴线沿竖直方向。
②如图甲所示,将环形橡皮筋一端挂弹簧秤的秤钩上,另一端用圆珠笔尖竖直向下拉,直到弹簧秤示数为某一设定值时,将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2,记录弹簧秤的示数F,测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。
每次将弹簧秤示数改变0.50N,测出所对应的l,部分数据如下表所示:
F(N)
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
l(cm)
l0
10.97
12.02
13.00
13.98
15.05
③找出②中F=2.50N时橡皮筋两端的位置,重新标记为O、O′,橡皮筋的拉力记为FOO′。
④在秤钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在秤钩上,如图乙所示。
用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端,使秤钩的下端达到O点,将两笔尖的位置标记为A、B,橡皮筋OA段的拉力记为FOA,OB段的拉力记为FOB。
完成下列作图和填空:
(1)利用表中数据在图丙中画出Fl图线,根据图线求得l0=________cm。
(2)测得OA=6.00cm,OB=7.60cm,则FOA的大小为________N。
(3)在图丁中根据给出的标度,作出FOA和FOB的合力F′的图示。
(4)通过比较F′与________的大小和方向,即可得出实验结论。
6.小明同学看了“神舟十号”宇航员王亚平在太空授课时,利用牛顿第二定律测量指令长聂海胜的质量后深受启发,在学校实验室里设计了如图甲所示的实验装置,测量手机电池的质量,为使滑块平稳运动,小明把两块质量相等的手机电池用质量不计的细棉线固定在滑块的两侧。
接通气源,当空气从导轨两侧稳定喷出时,发现滑块与气垫导轨没有直接接触,装置能正常使用。
调节导轨水平,把细线的一端固定在滑块上,另一端固定在钩码上。
(1)小明用图乙中的螺旋测微器测得遮光条的宽度L=________mm。
(2)将附带手机电池的滑块从图甲所示位置由静止释放,在钩码的牵引下先后通过两个光电门,配套的数字毫秒计记录了遮光条通过第一个光电门的时间为Δt1=7.2×
10-3s,通过第二个光电门的时间为Δt2=2.3×
10-3s,遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为Δt=0.592s,则手机电池经过光电门1时的瞬时速度v1=________m/s(保留两位有效数字),经过光电门2时的瞬时速度v2=________m/s(保留3位有效数字),重力加速度g=10m/s2,手机电池的加速度a=________m/s2(保留两位有效数字)。
(3)已知钩码的质量为m1=200g,滑块与遮光条的总质量为m2=510g,则一块手机电池的质量为m=________g(保留3位有效数字)。
湖北联考]某学习小组的同学欲“探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系”,在实验室设计了如图所示甲、乙两套装置,图中A为小车,B为打点计时器,C为弹簧测力计,P为小桶(内有沙子),一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置。
(1)如果忽略滑轮与绳间的摩擦,小组成员认为:
①甲图中弹簧秤的示数即为小车受到的拉力大小;
②乙图中弹簧秤示数的二倍为小车受到的拉力大小。
请判断两种分析是否正确,若不正确,请指明并简要说出不正确的原因。
_____________________________________________________________________________________________________________________。
(2)选择了上述一种合理的方法后,要顺利完成该实验,除图中实验仪器和低压交流电源(含导线)外,还必需的两个实验仪器是__________________、________________。
(3)该实验中发现小车受到的阻力对实验结果影响较大,在长木板保持水平的情况下,请你利用该装置测出小车受到的阻力,其方法是_________________________________________________________。
(4)在上述实验操作中,打点计时器使用的交流电频率为50Hz,某同学打出的一段纸带如下图所示,O、A、B…F为打点计时器连续打出的计时点,根据图中数据求出小车运动时与纸带上E点相对应的瞬时速度vE=________m/s。
(结果保留3位有效数字)
黄冈测试]甲、乙两个物理实验小组分别探究“弹力和弹簧伸长的关系”。
(1)甲组同学利用图(a)所示的装置,将弹簧的上端与刻度尺的零刻度对齐,读出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的刻度值,然后在弹簧下端钩上钩码,并逐个增加钩码,依次读出指针所指刻度尺的刻度值,所读数据列表如下:
(弹簧始终未超过弹性限度,重力加速度g取9.8m/s2)
6
钩码质量m/g
30
60
90
120
150
刻度尺读数x/cm
6.00
—
8.34
9.48
10.64
11.79
①实验中挂30g钩码时刻度尺的读数如图,请你将这个测量值填入记录表中。
②该小组根据所测数据,在图(b)中的坐标纸建立xm坐标系,并描出5组测量数据,请你将第2组数据描在坐标纸上,并画出xm的关系图线。
③作出的图线与坐标轴纵轴有一截距,其表示的物理意义是________;
该弹簧的劲度系数k=________N/m(结果保留3位有效数字)。
(2)乙组同学利用图(c)所示的装置,用与甲组同样规格的弹簧做实验,他们将弹簧左端与刻度尺的零刻度对齐,读出不挂钩码时弹簧右端指针所指刻度尺的刻度值,然后通过定滑轮在弹簧右端的细绳上钩上钩码,并逐个增加钩码,依次读出指针所指刻度尺的刻度值。
之后他们经历了与甲组同样的实验步骤,最后甲、乙两组将测出的劲度系数进行比对,发现乙组的测量结果总比甲组的测量结果稍大一些,其原因是____________________,这种误差叫________(填“系统误差”或“偶然误差”)。
9.[2015·
漳州质检]某学习小组可用如图甲所示的实验装置来做系列实验。
设钩码的质量为m,小车和车内砝码的总质量为M
(1)下列说法正确的是________。
A.用该装置可以测定当地的重力加速度
B.用该装置可以探究牛顿第二定律,以小车为研究对象时,要保证拉力近似等于钩码的重力,因此必须满足m≪M
C.可以用该装置验证机械能守恒定律,但必须满足m≪M
D.可以用该装置探究动能定理,以钩码和小车整体为研究对象,但不必满足m≪M
(2)某同学在用该装置探究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系”时,由于改变小车和砝码的总质量M时,小车所受的阻力也会变化,本实验改变M时是否要重新平衡小车所受的阻力?
________(选填“是”或“否”)。
(3)图乙为某次实验得到的纸带,A、B、C、D、E、F、G是按打点顺序依次选取的计数点,计数点间的距离如图所示,相邻计数点间时间间隔为0.1s,则小车的加速度大小约为________m/s2(保留两位有效数字)
10.[2015·
衡水调研]如图所示为用光电门测定钢球下落时受到的阻力的实验装置。
直径为d、质量为m的钢球自由下落的过程中,先后通过光电门A、B,计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB。
用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。
测出两光电门间的距离为h,当地的重力加速度为g。
(1)钢球下落的加速度大小a=________,钢球受到的空气平均阻力Ff=________。
(2)本题“用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度”,但从严格意义上讲是不准确的,实际上钢球通过光电门的平均速度________(选填“>
”或“<
”)钢球球心通过光电门的瞬时速度。
11.[2015·
大连模拟]某兴趣小组要测量木块与较粗糙木板之间的动摩擦因数,他们先将粗糙木板水平固定,再用另一较光滑的板做成斜面,倾斜板与水平板间由一小段光滑曲面连接,保证木块在两板间通过时速度大小不变。
(1)使木块从相对水平木板高h处由静止滑下,并在水平板上滑行一段距离x后停止运动,改变h大小,进行多次实验,若忽略木块与倾斜板间的摩擦,以x为横坐标、h为纵坐标,从理论上得到的图象应为_____________________________________________________;
(2)如果考虑木块与倾斜板之间的摩擦,在改变h时,他们采取的办法是:
每次改变倾斜板的倾角,让木块每次由静止开始下滑的位置在同一条竖直线上,且测出该竖直线与两板连接处的水平距离为L,如图甲所示。
将每次实验得到的h、x相关数据绘制出的hx图象如图乙所示,图线的延长线与两坐标轴的交点坐标分别为(-a,0)和(0,b),则木块与倾斜板间的动摩擦因数μ1=________,木块与水平板间的动摩擦因数μ2=________。
(以上两空用a、b和L中的某些物理量表示)
12.[2015·
廊坊质监]如图甲所示,质量为m的滑块A放在气垫导轨B上,C为位移传感器,它能将滑块A到传感器C的距离数据实时传送到计算机上,经计算机处理后在屏幕上显示滑块A的速度—时间(vt)图象。
整个装置置于高度可调节的斜面上,斜面的长度为L、高度为h。
(取重力加速度g=9.8m/s2,结果保留两位有效数字)
(1)现给滑块A一沿气垫导轨向上的初速度,A的vt图线如图乙所示。
从图线可得滑块A下滑时的加速度a=________m/s2,摩擦力对滑块A运动的影响________。
(填“明显,不可忽略”或“不明显,可忽略”)
(2)此装置还可用来验证牛顿第二定律。
实验时通过改变________可验证质量一定时,加速度与力成正比的关系:
通过_____________可验证力一定时,加速度与质量成反比的关系。
13.[2015·
课标全国卷Ⅱ]某同学用图(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。
已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示,图中标出了五个连续
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