高三力学实验 专题精选含答案与解析打印.docx
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高三力学实验专题
考点一:
研究匀变速直线运动:
匀变速直线运动中的纸带的处理。
包括速度、加速度,图像,有效数字,单位换算。
练习使用打点计时器:
(2种构造):
操作要点:
S1S2S3S4
正确标取记:
在纸带中间部分选5个点。
T。
T。
T。
T。
重点:
纸带的分析01234
a.判断物体运动情况:
在误差范围内:
如果S1=S2=S3=……,则物体作匀速直线运动。
如果S1=S2=S3=…….=常数,则物体作匀变速直线运动。
b.测定加速度:
公式法:
先求S,再由S=aT2求加速度。
图象法:
作v—t图,求a=直线的斜率
c.测定即时(瞬时)速度:
V1=(S1+S2)/2TV2=(S2+S3)/2T
测定匀变速直线运动的加速度:
1.原理:
:
S=aT2
2.实验条件:
a.合力恒定,细线与木板是平行的。
b.接50HZ,4—6V交流电。
3.实验器材:
电磁打点计时器、纸带、复写纸片、低压交流电源、小车、细绳、一端附有滑轮的长木板、刻度尺、钩码、导线、两根导线。
4.主要测量:
选择纸带,标出记数点,测出每个时间间隔内的位移S1S2、S3…图中O是任一点
5.数据处理:
根据测出的S1、S2、S3…….用逐差法处理数据求出加速度:
S4—S1=3a1T2,S5—S2=3a2T2,S6—S3=3a3T2
a=(a1+a2+a3)/3=(S4+S5+S6—S1—S2—S3)/9T2
测匀变速运动的即时速度:
(同上)
例题:
在做“研究匀变速直线运动”的实验时,某同学得到一条用打点计时器打下的纸带,并在其上取了A、B、C、D、E、F等6个计数点(每相邻两个计数点间还有4个打点计时器打下的点,本图中没有画出)打点计时器接的是220V、50Hz的交变电流。
他把一把毫米刻度尺放在纸带上,其零刻度和计数点A对齐。
⑴按照有效数字的读数规则读出相邻计数点AB、BC、CD、DE、EF间的距离s1、s2、s3、s4、s5,它们依次为______cm、______cm、______cm、______cm、______cm。
⑵由以上数据计算打点计时器在打B、C、D、E各点时,物体的即时速度vB、vC、vD、vE依次是______m/s、______m/s、______m/s、______m/s。
⑶根据以上结果,试用两种不同的方法计算该物体的加速度a。
⑷根据⑵中得到的数据,试在右边所给的坐标系中,用做v-t图象的方法,从图象中求物体的加速度a.。
要标明坐标及其单位,单位大小要取得合适,使作图和读数方便,并尽量充分利用坐标纸。
⑸从图象上求纸带上的A、F点所对应的物体的即时速度vA=______m/s,vF=______m/s,并由此计算:
当打点计时器打下A点的时刻,物体已经从静止开始做匀加速运动_____s了。
例题解析⑴1.00,1.40,1.84,2.26,2.67;⑵0.120,0.162,0.205,0.247;
⑶0.42m/s2;⑷0.42m/s2;⑸0.079,0.290,0.188
巩固练习
1.(2010广东)
(1)图13是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。
①已知打点计时器电源频率为50Hz,则纸带上打相邻两点的时间间隔为_________。
②ABCD是纸带上四个计数点,每两个相邻计数点间有四个点没有画出。
从图13中读出A、B两点间距s=__________;C点对应的速度是________(计算结果保留三位有效数字)。
2.(2011广东)
(1)图14是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带,O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点,加速度大小用a表示。
①OD间的距离为________cm。
②图15是根据实验数据绘出的s-t2图线(s为各计数点至同一起点的距离),斜率表示________,其大小为________m/s2(保留三位有效数字)。
3.(2012广州一模)
(1)如图a是某同学做“研究匀变速直线运动”实验时获得的一条纸带.
①打点计时器电源频率为50Hz.A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点,F点由于不清晰而未画出.试根据纸带上的数据,推测F点的位置并在纸带上标出,算出对应的速度vF=m/s(计算结果保留两位有效数字)
②图b是某同学根据纸带上的数据,作出的v-t图象.根据图象,t=0时的速度v0=m/s、加速度a= m/s2(计算结果保留两位有效数字)
4.(2012山东)
(1)某同学利用图甲所示的实验装置,探究物块在水平桌面上的运动规律。
物块在重物的牵引下开始运动,重物落地后,物块再运动一段※【本资料高考网、中考网;教学网为您提供最新最全的教学资源。
】※距离停在桌面上(尚未到达滑轮处)。
从纸带上便于测量的点开始,每5个点取1个计数点,相邻计数点间的距离如图乙所示。
打点计时器电源的频率为50Hz。
①通过分析纸带数据,可判断物块在两相邻计数点________和________之间某时刻开始减速。
②计数点5对应的速度大小为________m/s,计数点6对应的速度大小为________m/s。
(保留三位有效数字)
③物块减速运动过程中加速度的大小为a=________m/s2,若用
来计算物块与桌面间的动摩擦因数(g为重力加速度),则计算结果比动摩擦因数的真实值________(填“偏大”或“偏小”)。
5.(佛山一模)实验题(18分)
(1)(6分)某同学用如图所示的装置来研究自由落体运动.
①下列有关操作的叙述正确的是
A.安装打点计时器时要注意让上下限位孔在同一竖直线上
B.将打点计时器与直流低压电源连接
C.释放纸带时应尽量让重物靠近打点计时器
D.应先释放纸带,然后接通电源
②实验得到一条纸带,测得各点之间的距离如图所示.已知电源频率为50Hz,则纸带中相邻两点间的时间间隔是________s.从该纸带可知,重物是做_______(选填“匀速”、“匀变速”、“非匀变速”)运动,加速度大小a=________m/s2(保留三位有效数字).
考点二:
探究“动能定理”
1.(2008广东)(13分)某实验小组采用图11所示的装置探究“动能定理”。
图中小车中可放置砝码。
实验中,小车碰到制动装置时,钩码尚未到达地面。
打点计时器工作频率为50Hz.
(1)实验的部分步骤如下:
①在小车中放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线连接小车和钩码;
②将小车停在打点计时器附近,,,小车拖动纸带,打点计时器上打下一列点,;
③改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复②的操作。
(2)图12是钩码质量为0.03kg,砝码质量为0.02kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点,可获得各计数点到O的距离S及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表1中的相应位置。
(3)在小车的运动过程中,对于钩码、砝码和小车组成的系统,做正功,做负功。
(4)实验小组根据实验数据绘出了图13中的图线(其中
)。
根据图线可获得的结论是。
要验证“动能定理”还需测量的物理量是摩擦力和。
2.(2009广东)(10分)某试验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能原理”。
如图12,他们将拉力传感器固定在小车上,用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连,用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。
在水平面上相距50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器,
记录小车通过A、B时的速度大小、小车中可以放置砝码。
(1)试验主要步骤如下:
①测量和拉力传感器的总质量M1;把细线的一端固定在拉力传感器上,另一端通过定滑轮与钩码相连;正确连接所需电路;
②将小车停在C点,,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力及小车通过A、B时的速度;
③在小车中增加砝码,或,重复②的操作.
(2)表1是他们测得的一组数据,期中M是M1与小车中砝码质量之和,
是两个速度传感器记录速度的平方差,可以据此计算出动能变化量△E,F是拉力传感器受到的拉力,W是F在A、B间所做的功。
表格中的△E3=,W3=.(结果保留三位有效数字)
(3)根据表1,请在图13中的方格纸上作出△E-W图线.
3.(2012江苏)为测定木块与桌面之间的动摩擦因数,小亮设计了如图所示的装置进行实验。
实验中,当木块A位于水平桌面上的O点时,重物B刚好接触地面。
将A拉到P点
,待B稳定后静止释放,A最终滑到Q点.分别测量OP、OQ的长度h和s。
改变h,重复上述实验,分别记录几组实验数据。
(1)实验开始时,发现A释放后会撞到滑轮。
请提出两个解决方法。
(2)请根据下表的实验数据作出s-h关系的图象。
h(cm)
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
s(cm)
19.5
28.5
39.0
48.0
56.5
(3)实验测得A、B的质量分别为m=0.40kg、M=0.50kg.根据s-h图象可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数μ=________。
(结果保留一位有效数字)
(4)实验中,滑轮轴的摩擦会导致μ的测量结果______(选填“偏大”或“偏小”)。
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】※
考点三:
探究弹力与弹簧伸长量的关系
1.
方法归纳:
(1)用悬挂砝码的方法给弹簧施加力
(2)用列表法来记录和分析数据
(3)用图象法来分析实验数据关系步骤:
1:
以力为纵坐标、弹簧伸长为横坐标建立坐标系2:
根据所测数据在坐标纸上描点3:
按照图中各点的分布和走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)4:
解释函数表达式中常数的意义。
2.注意事项:
所加砝码不要过多(大)以免弹簧超出其弹性限度
例题如下图(a)所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码,探究在弹性限度内
弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系实验.
①为完成实验,还需要的实验器材有:
;
②实验中需要测量(记录)的物理量有:
;
③图(b)是弹簧所受弹力F与弹簧伸长长度x的F-x图线,由此可求出弹簧的劲度系数为N/m.图线不过原点的原因是由于
解析①刻度尺;---------------------------(2分)
②弹簧的原长、悬挂钩码个数以及与弹力(外力)对应的弹簧长度;--(4分)
③200N/m;实验中没有考虑(或忽略了)弹簧的自重或在弹簧没有处于竖直悬挂状态时测量它的原长。
巩固练习
1.(2012广东)(18分)
(2)某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。
①将弹簧悬挂在铁架台上,将刻度尺固定在弹簧一侧,弹簧轴线和刻度尺都应在______方向(填“水平”或“竖直”)
代表符号
数值(cm)
25.35
27.35
29.35
31.30
33.4
35.35
37.40
39.30
②弹簧自然悬挂,待弹簧______时,长度记为
,弹簧下端挂上砝码盘时,长度记为
;在砝码盘中每次增加10g砝码,弹簧长度依次记为
至
,数据如下表:
表中有一个数值记录不规范,代表符号为_______。
由表可知所用刻度尺的最小长度为______。
③图16是该同学根据表中数据作的图,纵轴是砝码的质量,横轴是弹簧长度与_________的差值(填“L0或LX”)。
④由图可知弹簧和的劲度系数为_________N/m;通过图和表可知砝码盘的质量为_________g(结果保留两位有效数字,重力加速度取
)。
考点四:
验证力的平行四边形定则
[实验目的] 实验研究合力与分力之间的关系,从而验证力的合成的平行四边形定则。
[实验原理] 此实验是要用互成角度的两个力与一个力产生相同的效果(即:
使橡皮条在某一方向伸长一定的长度),看其用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否在实验误差允许范围内相等,如果在实验误差允许范围内相等,就验证了力的平行四边形定则。
[实验器材]方木板一块,白纸,图钉若干,橡皮条,细绳套,弹簧秤(2个),三角板,刻度尺,量角器,细线等。
[实验步骤]1.用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方木板上。
2.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,用两条细绳套结在橡皮条的另一端。
3.用两个弹簧秤分别钩住两个细绳套,互成一定角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O(如图所示)。
4.用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向,并记录弹簧秤的读数。
在白纸上按比例作出两个弹簧秤的拉力F1和F2的图示,利用刻度尺和三角板,根椐平行四边形定则用画图法求出合力F。
5.只用一个弹簧秤,通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O,记下弹簧秤的读数和细绳的方向。
按同样的比例用刻度尺从O点起做出这个弹簧秤的拉力F'的图示。
6.比较F'与用平行四边形定则求得的合力F,在实验误差允许的范围内是否相等。
7.改变两个分力F1和F2的大小和夹角。
再重复实验两次,比较每次的F与F'是否在实验误差允许的范围内相等。
[注意事项]1.用弹簧秤测拉力时,应使拉力沿弹簧秤的轴线方向,橡皮条、弹簧秤和细绳套应位于与纸面平行的同一平面内。
使用的弹簧秤是否良好(是否在零刻度),拉动时尽可能不与其它部分接触产生摩擦,拉力方向应与轴线方向相同。
2.同一次实验中,橡皮条拉长后的结点位置O必须保持不变。
3.结点的位置和线方向要准确
例题“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳。
图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。
①做好实验准备后,先用两个弹簧秤把橡皮条的结点拉到某一位置O,此时需要记录的是,和
②图乙中的F与F′两力中,方向
一定沿AO方向的是_____。
③本实验采用的科学方法是。
A.理想实验法B.等效替代法
C.控制变量法D.建立物理模型法
解析①O点位置(2分),两弹簧秤的读数(2分),两细绳套的方向(2分)
②F′(2分)③B(1分)
巩固练习
1.(汕头一模)
(1)(8分)图甲是“验证力的平行四边形定则”的实验装置.请完成实验操作与记录:
①将弹簧测力计A挂于固定点P,下端用细线ac挂一重物G,如图虚线所示,记录:
测力计A的读数F0.
②用弹簧测力计B的挂钩拉另一细线的b端,该细线的另一端系在细线ac上的O点处,手持测力计B保持水平方向缓慢向左拉,到达如图所示位置,记录:
O点的位置、、、、和细线Oc的方向.
③某同学已作出FA、FB和合力理论值F′的图示,请在图乙中作出合力实验值F的图示,比较F′和F的大小和方向,可以得出结论:
互成角度的时遵循平行四边形定则.
考点五:
验证牛顿第二定律(F=ma)
1.实验原理:
如图,如果摩擦力可以不计,则对质量为m的砂桶和砂及质量为M的小车分
别有T=Ma
,mg-T=ma
,解得T=mg
当M>>m时,T≈mg.则
式变为mg≈Ma所以,如果实验测得在M一定时,a∝mg,在mg一定时,a∝1/m,就验证了该实验。
2.仪器:
小车(砝码)、打点计时器、学生电源、天平、砂桶、纸带、直尺、细线、木板
3.注意事项:
(1)平衡摩擦力和保证M>>m是减小本实验系统误差的关键。
采用上述“垫板法”平衡摩擦力,不仅操作方便,而且在改变小车质量的实验中不需再调。
应打一条纸带观察,看是否调到匀速。
为了保证M>>m,小车质量应足够大。
在精确度要求不太高时,砂桶总质量最大不超过小车质量的5%。
若需砂桶质量调节范围大一些,则应增大小车质量。
(2)分析实验数据验证,可用比例法,也可作a-F图和a-1/m图,看图是否为直线。
如果平衡摩擦力做不好,则图像不会通过坐标原点;如果不满足M>>m,图像将会是一条曲线。
例题、某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验,图(a)为实验装置简图。
(交流电的频率为50Hz)
(1)图(b)为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大小为_________m/s2。
(保留二位有效数字)
(2)保持砂和砂桶质量不变,改变小车质量m,分别得到小车加速度a与质量m及对应的1/m,数据如下表:
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
8
小车加速度a/m·s–2
1.90
1.72
1.49
1.25
1.00
0.75
0.50
0.30
小车质量m/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
1.67
4.00
3.45
3.03
2.50
2.00
1.41
1.00
0.60
请在方格坐标纸中画出a–1/m图线,并从图线求出小车加速度a与质量倒数1/m之间的关系式是。
(3)有一位同学通过实验测量作出了图(c)中的A图线,另一位同学实验测出了如图(c)中的B图线.试分析
①A图线不通过坐标原点的原因是:
___________________________________;
②A图线上部弯曲的原因是_____________________________________________________;
③B图线在纵轴上有截距的原因是_______________________________________________.
解析
(1)3.2(3分)
(2)
(2分)
图象如图所示(2分)
(3)(每空2分)
①没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够
②未满足沙和沙桶质量远小于小车的质量
③平衡摩擦力时,长木板倾角过大(平衡摩擦力过度)
巩固练习
1.(18分).
(1)①某同学设计了一个探究小车的加速度a与小车所受拉力F及质量m关系的实验,图中(甲)为实验装置简图。
他想用钩码的重力表示小车受到的合外力,为了减小这种做法带来的实验误差,你认为下列说法中正确的是(选填字母代号).
A.实验时要平衡摩擦力B.实验时不需要平衡摩擦力
C.钩码的重力要远小于小车的总重力D.实验进行时应先释放小车再接通电源
②如图(乙)所示是某次实验中得到的一条纸带,其中A、B、C、D、E是计数点(每打5个点取一个计数点),其中L1=3.07cm,L2=12.38cm,L3=27.87cm,L4=49.62cm。
则打C点时小车的速度为m/s,小车的加速度是m/s2。
(计算结果均保留三位有效数字)
2.
(1)(6分)在验证牛顿第二定律的实验中,采用如右图所示的实验装置。
在探究加速度a与所受外力F的关系实验过程,某小组得到了如图所示的纸带(两计数点间还有四个点没有画出),已知打点计时器采用的是频率为50HZ的交流电,则两计数点间的时间间隔为s,根据纸带可求出小
车的加速度大小为m/s2。
(保留两位有效数字)
由于他们操作不当得到的a-F关系图象如图所示,其原因是:
_____________________。
3.(2012安徽)(18分)
.(10分)图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。
砂和砂桶的总质量为
,小车和砝码的总质量为M。
实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。
(1)试验中,为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力,先调节长木板一滑轮的高度,使细线与长木板平行。
接下来还需要进行的一项操作是
A.将长木板水平放置,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,给打点计时器通电,调节m的大小,使小车在砂和砂桶的牵引下运动,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。
B.将长木板的一端垫起适当的高度,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去砂和砂桶,给打点计时器通电,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。
C.将长木板的一端垫起适当的高度,撤去纸带以及砂和砂桶,轻推小车,观察判断小车是否做匀速运动。
(2)实验中要进行质量
和M的选取,以下最合理的一组是
A.M=20g,
=10g、15g、20g、25g、30g、40g
B.M=200g,
=20g、40g、60g、80g、100g、120g
C.M=400g,
=10g、15g、20g、25g、30g、40g
D.M=400g,
=20g、40g、60g、80g、100g、120g
(3)图2是试验中得到的一条纸带,A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。
量出相邻的计数点之间的距离分别为sAB=4.22cm、sBC=4.65cm、sCD=5.08cm、sDE=5.49cm、sEF=5.91cm、sFG=6.34cm.已知打点计时器的工作频率为50Hz,则小车的加速度a=m/s2
一1.【答案】①0.02s②0.70cm0.100m/s【解析】C点的瞬时速度等于BD段的平均速度2.
(1)①2.20②加速度的二分之一0.923
3.
(1)①如图,vF=7.0×10-1m/s;②2.0×10-1m/s、5.0m/s2
4.
(1)①6 7(或7 6) ②1.00 1.20 ③2.00 偏大
5.
(1)(共6分)①AC(2分);②0.02匀变速(2分)9.63(2分).
二
1.
(1)
接通电源、释放小车断开开关
(2)5.060.49(3)钩砝的重力小车受摩擦阻力
(4)小车初末速度的平方差与位移成正比小车的质量
2.
(1)①小车;②由静止开始释放小车;
③改变小车质量.
(2)0.600J,0.610J.
(3)△E-W图线如图所示
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】※3.
(1)减小B的质量(或增大A的质量) 增加细线的长度(或降低B的起始高度)
(3)0.4(4)偏大
三1.
(2)①竖直②静止
0.1cm③
④4.910
2:
(1)①竖直;②4,50;③10.(每空2分,共8分
3.
(1)200(2分),甲(2分),4.00(2分)。
四
(1)②测力计A的读数、测力计B的读数、
细线Oa的方向、细线Ob的方向
(每空1分,共4分)
③以表示FA、FB的线段为邻边作平行四边形,
其对角线所表示的力就是合力实验值的大小和
方向,如图F所示.(2分)
两个力(或两个共点力)的合成.(2分)
2.
(1)
8.130(2分)
(a)O点位置(1分);两弹簧的读书(1分);两细绳套的方向(1分)(其他答案符合题意的也可给分)(b)
(1分)(c)B(2分)
3.
(1)53(51~55)
(2)2.10(2.08~2.12) 如图所示
(3)3.3(3.1~3.5)
五1.
(1)①A、C(2分,选对一个的给1分,有错选或不答的得0分)
②1.24(2分)6.22(2分)
2.
(1)0.100.50
没有
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