第二轮力学实验专题.docx
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第二轮力学实验专题
二、力学实验
一、研究匀变速直线运动:
1-2:
如图1-1所示是物体作匀变速直线运动得到的一条纸带,从O点开始每5个计时点取一个记数点,依照打点的先后顺序依次编为1、2、3、4、5、6,测得x1=5.18cm,x2=4.40cm,x3=3.62cm,x4=2.78cm,x5=2.00cm,x6=1.22cm。
(1)相邻两记数点间的时间间隔是__________s
(2)
物体的加速度大小a=__________m/s2,方向__________(填AB或BA)
(3)打点计时器打记数点3时,物体的速度大小v=__________m/s,方向______(同上)
1-3:
某同学用图1-2所示装置测量重力加速度g,所用交流电频率为50Hz.在所选纸带上取某点为0号计数点,然后每3个点取一个计数点,所以测量数据及其标记符号如图所示.
方法A:
由
……,
取平均值g=8.667m/s2;
方法B:
由
取平均值g=8.673m/s2.
从数据处理方法看,在S1、S2、S3、S4、S5、S6中,对实验结果起作用的,方法A中有__________;方法B中有__________.因此,选择方法___________(A或B)更合理,这样可以减少实验的__________(系统或偶然)误差.本实验误差的主要来源有____________(试举出两条).
1-2:
(1)0.1
(2)0.80BA(3)0.32AB
1-3:
解析:
按方法A:
……,
,求平均值:
,所以只用到了:
S1、S6.
按方法B计算加速度,为了减少误差,常常用逐差法:
,所以只用到了:
S1,S2,S3,S4,S5,S6.因此选择B更合理,这样可以减少实验的偶然误差.阻力(空气阻力,振针的阻力,限位孔的阻力,复写纸的阻力等),交流电频率波动,长度测量,数据处理方法等.
二、探究弹力和弹簧伸长的关系:
2-1:
在研究弹力和弹簧的形变量的关系的实验中,将弹簧水平放置测出其自然长度,然后竖直悬挂让其自然下垂,在其下端竖直向下施加外力F,实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的。
用记录外力F和弹簧的形变量x作出F-x图线如图1-3所示,由图可知弹簧的劲度系数为______,图线不过坐标原点的原因是由于______________________
2-2:
某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中,设计了如图1-4所示的实验装置。
所用的钩码每只的质量都是30g,他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端,每次都测出相应的弹簧总长度,将数据填在了下面的表中。
(弹力始终未超过弹性限度,取g=9.8m/s2)
(1)试根据这些实验数据在图1-5给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长L之间的函数关系图线,说明图线跟坐标轴交点的物理意义。
(2)上一问所得图线的物理意义是什么?
该弹簧的劲度k是多大?
砝码质量(g)
0
30
60
90
120
150
弹簧总长(cm)
6.00
7.15
8.34
9.48
10.64
11.79
弹力大小(N)
2-1:
(1)200N/m
(2)弹簧自身有重力
2-2:
解:
(1)根据实验数据在坐标纸上描出的点,基本上在同一条直线上。
可以判定F和L间是一次函数关系。
画一条直线,使尽可能多的点落在这条直线上,不在直线上的点均匀地分布在直线两侧。
该图线跟横轴交点的横坐标表示弹簧的原长。
(2)图线的物理意义是表明弹簧的弹力大小和弹簧伸长量大小成正比。
由
可得k=25N/m。
三、验证力的平行四边形定则:
3-1:
在“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图1-6中甲所示,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)图乙中的F与F′两力中,方向一定沿AO方向的是____________________
(2)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
3-2:
在“验证力的平行四边形定则”的实验中,其中的三个实验步骤如下:
(1)在水平放置的木板上垫一张白纸,把橡皮条的一端固定在木板上,另一端拴两根细线;通过细线同时用两个测力计互成角度的拉橡皮条,使它与细线的结点到达某一位置O点,在白纸上记下O点和两测力计的读数F1、F2。
(2)在纸上根据F1、F2的大小,应用平行四边形定则作图求出合力F.
(3)只用一个测力计通过细绳拉橡皮条,是它的伸长量与用两个测力计拉时相同。
记下此时测力计的读数F0和细绳的方向。
以上三个步骤中均有错误或疏漏,请指出:
(1)___________________________________________________________________
(2)__________________________________________________________________
(3)_________________________________________________________________
3-1.
(1)F';
(2)B;
3-2.
(1)没有记下细线的方向
(2)除了记下F1、F2的大小之外,还应根据F1、F2的方向才能准确作图。
(3)应该将橡皮条与线的结点拉到原位置O点。
四、验证牛顿第二定律:
4-1:
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
,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
图线,并从图线求出小车加速度a与质量倒数
之间的关系式是。
(3)保持小车质量不变,改变砂和砂桶质量,该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线如图(c)所示。
该图线不通过原点,其主要原因是。
4-2:
现要验证“当合外力一定时,物体运动的加速度与其质量成反比”这一物理规律。
给定的器材如下:
一倾角可以调节的长斜面(如图)、小车、计时器一个、米尺、天平、砝码、钩码若干。
实验步骤如下(不考虑摩擦力的影响),在空格中填入适当的公式或文字。
(1)用天平测出小车的质量m
(2)让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2,记下所用的时间t。
(3)用米尺测量A1与A2之间的距离s。
则小车的加速度a= 。
(4)用米尺测量A1相对于A2的高度h。
则小车所受的合外力F= 。
(5)在小车中加钩码,用天平测出此时小车与钩码的总质量m,同时改变h,使m与h的乘积不变。
测出小车从A1静止开始下滑到斜面底端A2所需的时间t。
请说出总质量与高度的乘积不变的原因______________________________。
(6)多次测量m和t,以m为横坐标,t2为纵坐标,根据实验数据作图。
如能得到一条____________线,则可验证“当合外力一定时,物体运动的加速度与其质量成反比”这一规律。
4-1
(1)a=3.2m/s2(3分)
(2)如图所示,
(作图3分,结论2分)
(3)实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分(2分)
4-2:
③
;(2分)
④
;(2分)
⑤为了使各次测量中,小车所受的合外力不变;(2分)
⑥过原点的直线(2分)
五、探究动能定理:
5-1:
在“探究动能定理”的实验中小车会受到阻力的作用,可以使木板倾斜作为补偿,下面操作正确的是
A.使拖着纸带的小车由静止释放,小车不下滑即可。
B.使拖着纸带的小车由静止释放,小车能下滑即可。
C.沿木板向下推一下带纸带的小车,放手后打点计时器在纸带上打下的点距均匀即可。
D.以上说法都不对。
5-2:
在“探究动能定理”的实验中计算小车的速度时,应选择纸带上那些点进行计算?
A.小车开始运动的点B.纸带上远离小车的点
C.纸带上靠近小车的点D.确定小车作匀速运动的点
5-4:
某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙.当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块处于静止状态.
若你是小组中的一位成员,要完成该项实验,则:
(1)你认为还需要的实验器材有.
(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是,实验时首先要做的步骤是.
(3)在
(2)的基础上,某同学用天平称量滑块的质量M.往沙桶中装入适量的细沙,用天平称出此时沙和沙桶的总质量m.让沙桶带动滑块加速运动,用打点计时器记录其运动情况,在打点计时器打出的纸带上取两点,测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1 (用题中的字母表示实验中测量得到的物理量). 5-1: C5-2: D 5-3: 5-4: (1)天平,刻度尺(2分) (2)沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量(2分),平衡摩擦力(2分) (3) (3分) 六、验证机械能守恒定律: 6-1: (10分)某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒. (1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平,利用现有器材如何判断导轨是否水平? . (2)如图乙所示,用游标卡尺测得遮光条的宽度d=cm;实验时将滑块从图示位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt=1.2×10-2s,则滑块经过光电门时的瞬时速度为m/s.在本次实验中还需要测量的物理量有: 钩码的质量m、和 (文字说明并用相应的字母表示). (3)本实验通过比较和在实验误差允许的范围内相等(用测量的物理量符号表示),从而验证了系统的机械能守恒. 6-2: (1)某同学在应用打点计时器做验证机械能守恒定律实验中,获取一根纸带如图,但测量发现0、1两点距离远大于2mm,且0、1和1、2间有点漏打或没有显示出来,而其他所有打点都是清晰完整的,现在该同学用刻度尺分别量出2、3、4、5、6、7六个点到0点的长度hi(i=2.3.4…7),再分别计算得到3、4、5、6四个点的速度vi和vi2(i=3.4.5.6),已知打点计时器打点周期为T。 该同学求6号点速度的计算式是: v6= 然后该同学将计算得到的四组(hi,vi2)数据在v2-h坐标系中找到对应的坐标点,将四个点连接起来得到如图所示的直线,请你回答: 接下来他是如何判断重锤下落过程机械能守恒的? (说明理由) 答: (2)实验室的斜面小槽等器材装配图甲所示的装置.钢球从斜槽上滚下,经过水平槽飞出后做平抛运动.每次都使钢球在斜槽上同一位置滚下,钢球在空中做平抛运动,设法用铅笔描出小球经过的位置,通过多次实验,在竖直白纸上记录钢球所经过的多个位置,连起来就得到钢球做平抛运动的轨迹。 某同学在安装实验装置和进行其余的操作时都准确无误,他在分析数据时所建立的坐标系如图乙所示。 他的错误之处是_______________。 该同学根据自己所建立的坐标系,在描出的平抛运动轨迹图上任取一点(x,y),运用公式 求小球的初速度 ,这样测得的平抛初速度值与真实值相比____。 (填“偏大”、“偏小”、或“相等”) 6-3: 某研究性学习小组用如图(a)所示装置验证机械能守恒定律.让一个摆球由静止开始从A位置摆到B位置,若不考虑空气阻力,小球的机械能应该守恒,即 mv2=mgh.直接测量摆球到达B点的速度v比较困难.现让小球在B点处脱离悬线做平抛运动,利用平抛的特性来间接地测出v.如图(a)中,悬点正下方P点处放有水平放置炽热的电热丝,当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断,小球由于惯性向前飞出作平抛运动.在地面上放上白纸,上面覆盖着复写纸,当小球落在复写纸上时,会在下面白纸上留下痕迹.用重锤线确定出A、B点的投影点N、M.重复实验10次(小球每一次都从同一点由静止释放),球的落点痕迹如图(b)所示,图中米尺水平放置,零刻度线与M点对齐.用米尺量出AN的高度h1、BM的高度h2,算出A、B两点的竖直距离,再量出M、C之间的距离x,即可验证机械能守恒定律.已知重力加速度为g,小球的质量为m. (1)根据图(b)可以确定小球平抛时的水平射程为cm. (2)用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度v0=. (3)用测出的物理量表示出小球从A到B过程中,重力势能的减少量ΔEP=,动能的增加量ΔEK=. 6-4: 在用落体法验证机械能守恒定律时,某同学按照正确的操作选得纸带如图2-1。 其中O是起始点,A、B、C是打点计时器连续打下的3个点.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,并记录在图中(单位cm)。 ⑴这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_____段,应记作_______cm。 ⑵该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒,已知当地的重力加速度g=9.80m/s2,他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的瞬时速度,则该段重锤重力势能的减少量为_______,而动能的增加量为________,(均保留3位有效数字,重锤质量用m表示).这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量_______动能的增加量,原因是_________________。 ⑶另一位同学根据同一条纸带,同一组数据,也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒,不过他数了一下: 从打点计时器打下的第一个点O数起,图中的B是打点计时器打下的第9个点。 因此他用vB=gt计算跟B点对应的物体的即时速度,得到动能的增加量为______,这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量_______动能的增加量,原因是 6-1: (1)接通气源,将滑块静置于气垫导轨上,若滑块基本保持静止,则说明导轨是水平的(或轻推滑块,滑块能基本做匀速直线运动).(2分) (2)0,52(2分)0.43(2分)滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s(1分)滑块的质量M(1分)mgs(1分) (1分) 6-2: (1) (2分) 根据机械能守恒定律,从0点到任意i点有 得到: 关系是一条直线斜率为2g,所以只要在直线上取相对较远两点,计算出斜率,与2g比较,在实验误差范围内相等即可(3分) (2) 直角坐标系的原点应建在小球飞离斜槽槽口时球心的水平投形点处.它在槽口正上方r(r为小球半径)处.而该同学却错误地将坐标原点取在槽口处(3分) 偏大(2分) 6-3: (1)65.0(64.0~-65.5) (2) (3) , 评分标准: 每空3分. 6-4: ⑴OC,15.70 ⑵1.22m,1.20m,大于,v是实际速度,因为有摩擦生热,减少的重力势能一部分转化为内能; ⑶1.23m,小于,v是按照自由落体计算的,对应的下落高度比实际测得的高度要大
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