专题七 力学实验
(考试时间:70分钟;满分:100分)
1.(5分)某同学用如图1装置研究小车在不同接触面上的运动情况.该同学将小车以适当的初速度释放后,用打点计时器记录小车的运动情况.通过反复实验得到一系列打上点的纸带,并最终选择了如图2所示的一条纸带(附有刻度尺)进行测量(保留小数点后两位).
(1)如表为A,B,C,…,J各点对应的刻度值,按照正确的读数方法填写E点对应的刻度值(单位:cm).
A B C D E F G H I J
13.20 11.38 9.60 7.80 4.40 3.00 1.80 0.80 0.00
(2)根据以上数据,纸带上C点小车的速度大小vC= m/s;
(3)对应纸带E,J两点间,小车在做 运动,它的加速度大小为 m/s2.
解析:(1)根据读数规则,E点的读数为6.00 cm.
(2)vC==0.90 m/s.
(3)分别求出F,G,H,I等对应的速度,
F,G,H,I各点对应的速度为
vF==0.75 m/s
vG==0.65 m/s
vH==0.55 m/s
vI==0.45 m/s
F,G,H,I对应时间可认为分别为0.02 s,0.04 s,0.06 s,0.08 s.
建立关于v,t的坐标系,将F,G,H,I对应速度与时间在坐标系中描点,并过这些点作vt图像,如图所示,从而判断小车做速度均匀减小的直线运动,由图线的倾斜程度可以得到加速度,其大小为5.00 m/s2.
答案:(1)6.00 (2)0.90
(3)速度均匀减小的直线 5.00
2.(5分)在用实验探究加速度和力、质量的关系时,某些同学根据实验数据画出的图象,平衡摩擦力时长木板倾角过大的图象是 (选填“A”或“B”).
解析:A图表明,当尚未施加拉力时,小车就有加速度,造成的原因是平衡摩擦力时木板倾角过大.
答案:A
3.(5分)打点计时器是高中物理中重要的物理实验仪器,如图(甲)、(乙)所示是高中物理实验中常用的两种,请回答下面的问题.
(1)(甲)图是电磁打点计时器,电源采用的是 .
(2)(乙)图是电火花计时器,电源采用的是 .
(3)已知打点计时器打出的一条纸带和已选好的计数点0,1,2,3如图(丙)所示.某同学测量出1,2两点间的距离为x1,2,3两点间的距离为x2,且相邻计数点间的时间间隔为T,由此可计算出小车在1,3两点间的平均速度为 .
解析:(甲)图是电磁打点计时器,电源采用的是4～6 V低压交流电源.
(2)(乙)图是电火花计时器,电源采用的是220 V交流电源.
(3)小车在1,3两点间的平均速度=.
答案:(1)4～6 V低压交流电源 (2)220 V交流电源
(3)
4.(5分)在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图):
下列说法哪一项是正确的 .(填选项前字母)
A.平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上
B.为减小系统误差,应使钩码质量远大于小车质量
C.实验时,应使小车靠近打点计时器由静止释放
解析:平衡摩擦力是让小车重力沿木板方向的分力与摩擦力平衡,故不能挂钩码平衡摩擦力,选项A错误;本实验中,近似认为小车所受拉力等于钩码的重力,因此应使钩码的质量远小于小车的质量,选项B错误;实验时,为充分利用纸带,应使小车靠近打点计时器由静止释放,选项C正确.
答案:C
5.(5分)在“验证力的平行四边形定则”的实验中,某同学的实验情况如图(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)合力的测量值是图(乙)中的 (选填“A”或“B”).
A.F
B.F′
(2)实验中“用一个力替代两个力,且效果相同”所运用的科学方法是 (选填“A”或“B”).
A.控制变量法
B.等效替代法
(3)为减小误差,可适当 (选填“增大”或“减小”)F1,F2的
大小.
解析:合力的测量值是图(乙)中的F′,F是理论值,“验证力的平行四边形定则”实验中,所运用的科学方法是等效替代法,为减小误差可适当增大F1,F2的大小.
答案:(1)B (2)B (3)增大
第4题图
第5题图
6.(5分)“探究弹簧伸长量与弹力的关系”的实验装置如图所示,轻弹簧竖直地悬挂在铁架台上,用厘米刻度尺测量弹簧的伸长量,利用二力平衡求弹簧弹力的大小.某次实验中,当弹簧不挂重物时,弹簧的指针正对刻度尺10.0 cm的刻度线;当挂上100 g的钩码时,弹簧的指针正对刻度尺15.0 cm的刻度线.g取 9.8 m/s2,回答下列问题:
(1)本次实验中,弹簧弹力F的大小为
(选填“A”或“B”).
A.0.98 N
B.9.8 N
(2)本次实验中,弹簧伸长量x为 (选填“A”或“B”).
A.5.0 cm
B.10.0 cm
(3)通过改变钩码质量重复多次实验,实验得到的结论是:在弹性限度内,弹簧的弹力与弹簧的伸长量成 (选填“A”或“B”).
A.反比
B.正比
解析:由平衡条件F=mg=100×10-3×9.8 N=0.98 N,本次实验中弹簧伸长量x=(15.0-10.0) cm=5.0 cm,由胡克定律F=kx可知在弹性限度内,弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比.
答案:(1)A (2)A (3)B
7.(5分)在“验证力的平行四边形定则”的实验中,把橡皮筋的一端用图钉固定在A点,另一端用两根细线打一个结点B,两根细线分别挂上一只弹簧测力计,如图(b)所示:
(1)实验中,弹簧测力计是否必须与木板保持平行. (选填“A”或“B”).
A.是
B.否
(2)读数时,视线要 (选填“A”或“B”)弹簧测力计刻度.
A.斜视
B.正对
(3)撤去一只弹簧测力计,只用一个力F拉弹簧测力计,如图(c)所示,为使作用效果与两个力F1和F2共同作用时相同,必须将结点B拉到
(选填“A”或“B”).
A.同一点
B.不同点
解析:为了保证橡皮筋的弹力等于细线的拉力,实验中弹簧测力计必须与木板保持平行;读数时,视线要正对弹簧测力计刻度;用一个拉力替代两个力,效果要保证相同,必须将结点B拉到同一点,体现它的等效替代思想.
答案:(1)A (2)B (3)A
8.(5分)如图所示,某同学在做“探究弹簧伸长量与弹力的关系”实验时,先测出不挂钩码时弹簧的长度L0=20.00 cm,然后在弹簧的下端依次挂上不同个数规格相同的钩码,测出每次相应的弹簧长度L,得到下面的记录表格.
次数 弹簧的长度L/cm 弹簧伸长量x/cm 弹力大小F/N
1 22.00 2.00 0.49
2 24.00 0.98
3 26.00 6.00 1.47
4 28.01 8.01 1.96
5 29.98 9.98 2.45
(1)当弹力大小为0.98 N时,弹簧伸长量为 cm.
(2)由实验可知,在弹性限度内,弹簧的弹力与弹簧的伸长量成 (选填“正比”或“反比”).
(3)由表中数据,可求出该弹簧的劲度系数为 N/m.
解析:弹簧的原长为20.00 cm,当弹力大小为0.98 N时,弹簧伸长量为(24.00-20.00)cm=4.00 cm;由表格数据可知,在弹性限度内,弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比;由ΔF=k·Δx可得 k== N/m=24.5 N/m.
答案:(1)4.00 (2)正比 (3)24.5
9.(5分)在“验证力的平行四边形定则”的实验中,某同学的实验情况如图所示,(甲)图为两只弹簧测力计拉橡皮筋的示意图,(乙)图为一只弹簧测力计拉橡皮筋的示意图,(丙)图是在白纸上根据实验数据画出的力的示意图,其中A点为橡皮筋的固定端,O点及O′点为橡皮筋与细线的结点,OB,OC,O′D为细线.
(1)(甲)图中的O点和(乙)图中的O′点必须是 (选填“同一点”或“不同点”).
(2)(丙)图中表示F1和F2的合力的实际测量值是 (选填“F”或“F′”).
(3)实验中若将橡皮筋AO更换为细线,按上述方法 (选填“也能”或“不能”)达到验证力的平行四边形定则的目的.
解析:为了达到等效替代的作用效果,(甲)图中的O点和(乙)图中
的O′点必须是同一点;(丙)图中表示F1和F2的合力的实际测量值是F′;橡皮筋更换为细线后就不能被拉伸了,不能体现两个拉力的作用
效果.
答案:(1)同一点 (2)F′ (3)不能
10.(5分)如图(甲)所示为某同学在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码,研究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系.根据实验数据绘出的弹力F跟弹簧伸长量x的关系如图(乙)所示.由图象可知在弹性限度内,弹簧的弹力与弹簧的伸长量成 (选填“正比”或“反比”),当弹簧伸长量为4 cm时,弹力的大小为 N,弹簧的劲度系数是 N/m.
解析:由图(乙)可知弹力F与弹簧伸长量x成正比;又由图(乙)可知当弹簧伸长量为4 cm时,弹力的大小为10 N;图线的斜率等于弹簧的劲度系数,则k== N/m=250 N/m.
答案:正比 10 250
第9题图
第10题图
11.(5分)某实验小组同学用如图所示装置探究“物体加速度与力、质量的关系”.
(1)在研究物体加速度与力的关系时,保持不变的物理量是 (选填“A”或“B”).
A.小车质量
B.塑料桶和桶中砝码的质量
(2)实验中,首先要平衡摩擦力,具体做法是 (选填“A”或“B”).
A.在塑料桶中添加砝码,使小车带着纸带匀速运动
B.取下塑料桶,垫起滑板的一端,使小车带着纸带匀速运动
(3)实验中,要使小车的质量 (选填“远大于”或“远小于”)塑料桶和桶中砝码的质量,才能认为细线对小车的拉力等于塑料桶和砝码的重力.
解析:研究加速度与力的关系时,要保持小车的质量不变,这属于控制变量法;平衡摩擦力的具体做法是取下塑料桶,垫起滑板的一端,使小车带着纸带匀速运动;为保证塑料桶和桶中砝码的重力等于小车所受的合力,则必须保证小车的质量远大于塑料桶和桶中砝码的质量.
答案:(1)A (2)B (3)远大于
12.(5分)图(a)是“验证机械能守恒定律”的实验装置.
(1)除图中器材外,下列两项器材实验中必须使用的是 (选填“A”或“B”).
A.秒表
B.刻度尺
(2)在安装实验装置时应使打点计时器的两个限位孔处于 (选填“A”或“B”).
A.同一水平面内
B.同一竖直平面内
(3)图(b)是某同学在实验中选择的一条较为理想纸带中的一段,其中所打的点分别为A,B,C,D,E,则在这段纸带下落过程中先打的点是
(选填“A”或“E”).
解析:在验证机械能守恒定律的实验中不需要用到秒表,一定要用刻度尺测量纸带上计数点的距离;为了减小下落过程中的阻力,在安装实验装置时,应使打点计时器的两个限位孔处于同一竖直平面内;重物运动过程中,速度越来越大,则两点之间的间隔越来越大,所以这段纸带在下落过程中先打的点是E.
答案:(1)B (2)B (3)E
13.(5分)在“探究加速度与物体质量、物体受力大小关系”实验中,实验装置如图(a).
(1)在研究物体加速度与受力的关系中,控制不变的量是 (选填“A”或“B”).
A.沙桶的质量
B.小车的质量
(2)实验前要把木板一端适当垫高的目的是要平衡 (选填“A”或“B”).
A.摩擦力
B.重力
(3)某同学根据实验得到的数据画出如图(b)所示的 a-F 图象,说明物体的加速度与所受力的关系是 .
解析:在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,为研究加速度与力的关系,应保持小车的质量不变;垫高的目的是为了平衡小车所受的摩擦力,保证绳子的拉力是小车所受的合力;由图象可知a与F成
正比.
答案:(1)B (2)A (3)成正比
14.(5分)某同学用如图(a)所示的装置探究“机械能守恒定律”的实验.纸带上打出的点如图(b)所示,若重物的质量为m,图中O为打点计时器打出的第一个点,O点到A,B点的距离分别为h1,h2.
(1)实验的研究对象是 (选填“A”或“B”).
A.打点计时器
B.重物
(2)从A点到B点的过程中,重物重力势能的减少量ΔEp是
(选填“A”或“B”).
A.mgh2
B.mg(h2-h1)
(3)由于在下落过程中存在阻力,从O点到B点重物的动能增加量
(选填“大于”或“小于”)重力势能减少量.
解析:验证机械能守恒定律研究对象是重物;从A点到B点的过程中,重物重力势能的减少量ΔEp=mg(h2-h1);由于下落过程中存在阻力,从O点到B点的过程中,重物的动能增加量小于重力势能的减少量.
答案:(1)B (2)B (3)小于
15.(5分)在探究“加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验中:
(1)某同学在接通电源进行实验之前,将实验器材组装成如图(a)所示,请你指出该装置中一处错误或不妥之处:
.
(2)改正实验装置后,该同学顺利完成了实验,图(b)是他在实验中得到的一条纸带的一部分,图中A,B,C,D为计数点,相邻两计数点的时间间隔为0.1 s,由图中数据可算得小车的加速度a= m/s2,打B点时小车的速度v= m/s.(结果保留三位有效数字)
解析:根据实验要求可知该装置中有三个明显的错误,分别是小车离打点计时器太远了、没有平衡摩擦力、不能用干电池而应用交流电源.由Δs=aT2可得,a== m/s2=1.22 m/s2,
打B点时小车的速度v== m/s=0.382 m/s.
答案:(1)小车离打点计时器太远了、没有平衡摩擦力、不能用干电池而应用交流电源(写出一个即可)
(2)1.22 0.382
16.(5分)用落体法“探究机械能守恒定律”的实验装置如图所示.
(1)实验中打点计时器所接的电源是 (选填“A”或“B”).
A.直流电
B.交流电
(2)操作时,释放纸带与接通电源的合理顺序应是 (选填“A”或“B”).
A.先释放纸带,再接通电源
B.先接通电源,再释放纸带
(3)为了减小由于阻力带来的实验误差,应选用的重物是 (选填“A”或“B”).
A.质量为200 g的铁质重锤
B.质量为200 g的木球
解析:在验证机械能守恒定律的实验中用的是交流电;操作时应先接通电源,再释放纸带;为了减少由于阻力带来的实验误差,应选用密度较大、体积较小的重锤.
答案:(1)B (2)B (3)A
17.(5分)某实验小组采用如图所示的装置“探究恒力做功与物体动能变化的关系”.提供的实验器材:电火花计时器及纸带、沙桶、细沙、细线、小车及砝码、一端带滑轮的长木板及垫块、毫米刻度尺.
(1)为完成此实验,还需要的器材是 (选填“A”或“B”).
A.秒表
B.天平
(2)实验时,为了方便计算合力做的功,使小车所受的合力大小等于沙和沙桶的总重力,为此,一方面要消除摩擦力的影响,另一方面还应使沙和沙桶的质量 (选填“A”或“B”)小车和砝码的总质量.
A.远小于
B.远大于
(3)在消除摩擦力的影响时,应将不带滑轮的木板一端适当垫高,在
(选填“A”或“B”)沙桶的情况下使小车恰好做匀速运动.
A.挂上
B.不挂
解析:(1)实验过程需要测出沙和沙桶的质量,测出小车的质量,故还要的器材是天平.
(2)实验时为了使沙和沙桶的总重力大小等于小车和砝码所受的合力,应使沙和沙桶的总质量远小于小车和砝码的总质量.
(3)平衡摩擦力时,将一端垫高,并在不挂沙桶的情况下使小车恰好做匀速运动.
答案:(1)B (2)A (3)B
第16题图
第17题图
18.(5分)某探究学习小组的同学欲探究恒力做功与物体动能变化的关系,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和所用的学生电源、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沙桶时,释放沙桶,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,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,某同学用天平称出滑块的质量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解析:(1)实验要验证动能增加量和总功是否相等,需要求出总功和动能,故还需要天平和刻度尺.
(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,沙和沙桶的总质量要远小于滑块的质量;实验时首先要做的步骤是平衡摩擦力.
(3)由动能定理可知mgL=M-M.
答案:(1)刻度尺、天平
(2)沙和沙桶的总质量要远小于滑块的质量 平衡摩擦力
(3)mgL=M-M
19.
(5分)在“验证机械能守恒定律”的实验中,打点计时器接在电压为 6 V、频率为50 Hz的交流电源上,自由下落的重物质量为1 kg,一条理想的纸带的数据如图所示,g取 9.8 m/s2,O是打的第一个点,O,A之间有几个计数点没画出.
(1)打点计时器打下计数点B时,重物的速度vB= m/s.
(2)从起点O到打下计数点B的过程中,重力势能的减少量ΔEp= J,此过程中重物动能的增加量ΔEk= J.
(3)造成ΔEp和ΔEk不相等的主要原因是 .
解析:(1)打B点时重物的速度
vB= m/s=0.98 m/s.
(2)重力势能的减少量
ΔEp=mgh=1×9.8×5.01×10-2 J=0.49 J;
重物的动能ΔEk=m=×1×(0.98)2 J=0.48 J.
(3)造成ΔEp和ΔEk不相等的主要原因是实验过程存在着空气阻力和摩擦阻力.
答案:(1)0.98 (2)0.49 0.48
(3)实验过程存在摩擦阻力和空气阻力
20.(5分)在探究恒力做功与物体动能变化的关系的实验中,将小车放在一端有滑轮的长木板上,让纸带穿过打点计时器,一端固定在小车上.实验中平衡摩擦力后,小车的另一端用细线挂钩码,细线绕过固定在长木板上的定滑轮,线的拉力大小就等于钩码的重力,这样就可以研究拉力做功和小车动能的关系.已知所挂钩码的质量m,小车的质量M.若实验中打点纸带如图所示,相邻计数点时间间隔为T,O点是打点起点,则打B点时,小车的速度vB= ,小车的动能EkB= .从钩码开始下落至B点,拉力所做的功是 ,在实验误差允许范围内,拉力所做的功应等于物体动能的增加.
解析:打B点时小车的速度vB=,
小车的动能
EkB=M=M()2=M()2
从钩码开始下落至B点,拉力所做的功W=mgs2.
答案: M()2 mgs2(共10张PPT)
专题七 力学实验
实验一:研究匀变速直线运动
实验二:探究弹力与弹簧伸长量的关系
实验三:验证力的平行四边形定则
实验四:探究加速度与力、质量的关系
实验五:探究恒力做功与物体动能变化的关系
实验六:验证机械能守恒定律
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限位孔
振针永久磁铁
电磁打点
线圈
计时器
复写纸
纸带振片
作用:计时仪器,接频率为50H的交流
打点计
电源,每隔002s打一次点
时器
负脉冲输出插座(黑色
电火花
墨粉
电磁打点计时器:4~6V交流电源
工作条件
打点计时器
正脉冲输出插座
纸盘/纸盘轴
电火花打点计时器:220V交流电源
红色脉冲输
出开关压纸条
弹性卡
纸带
电源插头
通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度,
旧的确定物体的运动性质等
从纸带上确定计数点和两计数点间隔的时间,量出相邻
计数点间的距离并注意对应的单位
理思路}根据匀变速直线运动位移公式和速度公式知道相邻计数点距离
之差满足的规律和平均速度等于中间时刻的瞬时速度
纸带的
37
处理
利用逐差法求吗372
ata,ta
a+%5+x
6-(x1+32+x3)
解平均加速度
9T2
如图所示
x6-x3
求解某利用平均速度“然(01.2。3
an to
4
本程序求瞬时速度
4
利用速度—时间图象求加速度/(1)作出υ图象,通过图象的斜率求解物体的加速度
(2)剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度
分析物体的运动
性质
厂测量相邻计数点的距离,计算相邻计数点距离之差,看其是否
是一个常数来确定运动性质
电火花打点计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮
实验器材日的长木板小车纸带、细绳钩码刻度尺导线、
电源、复写纸片
接电源
(1)按照实验装置图,把打点计时器固定在长木板无滑轮
纸带
的一端,接好电源
实验步骤(2)把一细线系在小车上,细线绕过滑轮,下端挂合适的
钩码,纸带穿过打点计时器,固定在小车后面
(3)把小车停靠在打点计时器处,先接通电源,再放开小车
(4)小车运动一段时间后,断开电源,取下纸带
(5)换纸带反复做三次,选择一条比较理想的纸带进行
测量分析
(1)选择适当的点做计时起点,用笔在纸带上标出计数点
(2)用刻度尺测量出各计数点到起点的距离
数据处理」(③)计算各计数点的瞬时速度,填入表格
(4)作出速度时间图象
(5)由速度一时间图象探究小车速度随时间变化的规律,并求其加速度
