2021年人教版力学实验题强化专练-用自由落体测重力加速度

实验题强化专练-用自由落体测重力加速度
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、实验题
某探究小组想利用验证机械能守恒定律的装置测量当地的重力加速度,如图甲所示框架上装有可上下移动位置的光电门1和固定不动的光电门2；框架竖直部分紧贴一刻度尺,零刻度线在上端,可以测量出两个光电门到零刻度线的距离和；框架水平部分用电磁铁吸住一个质量为m的小铁块,小铁块的重心所在高度恰好与刻度尺零刻度线对齐切断电磁铁线圈中的电流时,小铁块由静止释放,当小铁块先后经过两个光电门时,与光电门连接的传感器即可测算出其速度大小和小组成员多次改变光电门1的位置,得到多组和的数据,建立如图乙所示的坐标系并描点连线,得出图线的斜率为k．
当地的重力加速度为______用k表示．
若选择光电门2所在高度为零势能面,则小铁块经过光电门1时的机械能表达式为______??用题中物理量的字母表示．
关于光电门1的位置,下面哪个做法可以减小重力加速度的测量误差______
A.尽量靠近刻度尺零刻度线
B.尽量靠近光电门2
C.既不能太靠近刻度尺零刻度线,也不能太靠近光电门2．
某研究性学习小组用图1所示装置来测定当地重力加速度，主要操作如下：
?
①安装实验器材，调节试管夹（小铁球）、光电门和纸杯在同一竖直线上；
②打开试管夹，由静止释放小铁球，用光电计时器记录小铁球在两个光电门间的运动时间t，并用刻度尺（图上未画出）测量出两个光电门之间的高度h，计算出小铁球通过两光电门间的平均速度v；
③保持光电门1的位置不变，改变光电门2的位置，重复②的操作，测出多组(h，t)，计算出对应的平均速度；
④画出v-t图象．
请根据实验，回答如下问题：
（1）设小铁球到达光电门1时的速度为v0，当地的重力加速度为g．则小铁球通过两光电门间平均速度v的表达式为________．（用v0、g和t表示）
（2）实验测得的数据如表：
实验次数?
1
2
3
4
5
6
h(cm)
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
t(s)
0.069
0.119
0.159
0.195
0.226
0.255
v(m/s)
1.45
1.68
1.89
2.05
2.21
2.35
请在图2坐标纸上画出v-t图象．
（3）根据v-t图象，可以求得当地重力加速度g＝________m/s2，小球通过光电门1时的速度为________m/s．（以上结果均保留两位有效数字）
如图甲所示,光滑小钢球从电磁铁下边缘自由下落,经过小球竖直下方的光电门的水平细激光束时,毫秒计时器记录下小球的挡光时间Δt,测出小球直径d以及释放前小球球心到光电门光孔的竖直距离为h,小芳希望能精确测量当地的重力加速度.
甲　　　　乙
(1)
如图乙所示为测量小球直径的放大图,小球的直径d=____mm.?
(2)
在某次测量中,测得小球通过光电门的时间为Δt=2.0
ms,小球下落高度h=0.84
m.根据这些数据,可求得的重力加速度g=____m/s2(保留三位有效数字).?
(3)
该测量结果与当地的重力加速度有较大的误差,小芳同学通过反思后提出了四种原因,你认为合理的是____.?
A.
小球下落时受到了空气阻力
B.
小球下落后受到铁芯的引力
C.
小球下落的高度不够大
D.
小球通过光电门时球心偏离细光束
(4)
经过讨论后小芳改变测量方案:她重新设置光电门,测量小球从释放到触及光电门光线的时间t,并测量小球每次释放时到光电门光孔的高度h,并计算出每次下落的平均速度,得到数据见表.在坐标系中作-t图象,根据图象可得重力加速度为____m/s2(保留两位有效数字).?
h/m
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
t/s
0.20
0.286
0.350
0.404
0.447
/(m·s-1)
0.98
1.32
1.70
1.92
2.24
某同学用如图1所示的装置测定重力加速度：
??
?
?
?
?图1
(1)电磁打点计时器的工作电压为________V，为交流，频率为50
Hz.
(2)打出的纸带如图2所示，实验时纸带的________(选填“甲”或“乙”)端应和重物相连接．
??
?
?
?
?
?
?
?
??图2
(3)实验中在纸带上连续打出点1、2、3、4、……、9，如图2所示，由纸带所示数据可算出实验时的加速度为________m/s2(保留两位有效数字)．
某同学利用光电传感器设计了测定重力加速度的实验,实验装置如图1所示,实验器材有铁架台、光电计时器、小钢球等，铁架台上端固定一个电磁铁,通电时,小钢球被吸在电磁铁上,断电时,小钢球自由下落．
?
（1）先将光电门固定在A处,光电计时器记录下小球经过光电门的时间,量出小球释放点距A的距离为h0,测出小球的直径d(d远小于h0)则小球运动到光电门处的瞬时速度v=
??????????,当地的重力加速度为g
=
??????????(用题中所给字母表示),
（2）若某次实验时光电计时器记录下小钢球经过光电门的时间为0.5,请你判断此时光电门距A处的距离______(用（1）中所给字母表示)
（3）由于直尺的长度限制,该同学改测光电门位置与其正上方固定点P(图中未画出)之间的距离h,并记录小球通过光电门的时间移动光电门在竖直杆上的位置,进行多次实验,利用实验数据绘制出如图2所示的图象,已知图象斜率为k,纵截距为b,根据图象可知重力加速度g=______。
答案和解析
1.【答案】
?
?
C
【解析】解：（1）以0刻度线为零势能面，小铁块从光电门1运动到光电门2的过程中机械能守恒，根据机械能守恒定律得：
mv12-mgx1=mv22-mgx2
整理得：
v22-v12=2g（x2-x1）
所以图象的斜率k=2g，
解得：g=；
（2）小铁块经过光电门1时的机械能等于小铁块经过光电门1时的动能加上势能，则有：
E1=mv12+mg（x2-x1?）
（3）用电磁铁释放小球的缺点是，当切断电流后，电磁铁的磁性消失需要一时间，铁球与电磁铁铁心可能有一些剩磁，都会使经过光电门1的时间较实际值大，引起误差，故应适当增大两光电门A、B间的距离，使位移测量的相对误差减小，所以C正确．
故选：C
故答案为：（1）；（2）；（3）C．
（1）小铁块从光电门1运动到光电门2的过程中机械能守恒，根据机械能守恒定律列式，结合图象即可求解重力加速度；
（2）小铁块经过光电门1时的机械能等于小铁块经过光电门1时的动能加上势能；
（3）靠近刻度尺零刻度会影响经过光电门1的时间，靠近光电门2会影响高度差的测量．
解答实验题首先要理解实验原理，知道如何减小实验误差，能从图象中得出有效信息，本题的关键是根据机械能守恒定律列出方程，难度适中．
2.【答案】（1）；
（2）；
（3）9.7；1.1
【解析】
【分析】
本题考查了测定重力加速度；本题的关键知道极短时间的平均速度等于瞬时速度的大小，并能熟练应用运动学公式求解。
根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度求解通过两光电门间平均速度v；
根据数据作出v-t图象，根据v-t图象的斜率物理意义求解重力加速度。
【解答】
（1）根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度得：
小铁球通过两光电门间平均速度v的表达式为：；
（2）根据数据作出v-t图象：
；
（3）小铁球通过两光电门间平均速度v的表达式为；
所以v-t图象的斜率表示；
所以当地重力加速度g=2k=9.7m/s2；
根据v-t图象得出v0=1.10m/s，即小球通过光电门1时的速度为1.1m/s，
故答案为：（1）；（2）（3）9.7；1.1。
3.【答案】（1）8.40
（2）10.5
（3）D
（4）如图所示
?
9.8
【解析】
【分析】
（1）游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，不需估读。
（2）根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度求出小球通过光电门的瞬时速度，结合速度位移公式求出重力加速度。
（3）根据实验的原理和注意事项确定误差产生的原因。
（4）根据自由落体运动的位移时间公式推导出平均速度和时间的关系式，结合图线的斜率求出重力加速度。
对于基本测量仪器如游标卡尺、螺旋测微器等要了解其原理，要能正确使用这些基本仪器进行有关测量；对于图线问题，一般采取的思路是得出物理量间的关系式，结合图线的斜率或截距进行求解。
【解答】
（1）游标卡尺的主尺读数为8mm，游标读数为0.05×8mm=0.40mm，则小球的直径d=8.40mm。
（2）小球通过光电门的速度，则重力加速度。
（3）ABC.该测量结果与当地的重力加速度有较大的误差，测量值比真实值偏大，而受到空气阻力、受到铁芯的引力都会导致测量值偏小，小球下落高度不够大，有测量误差，但是不一定会导致测量值偏大，故ABC错误。
D.小球通过光电门时球心偏离细光束，导致小球速度的测量值偏大，会导致测量值偏大，故D正确。
故选D。
（4）根据得，，可知图线的斜率，作出图线如图所示，则
故填：（1）8.40；（2）10.5；（3）D；（4）如图所示
；9.8。
4.【答案】（1）4-6
（2）乙
（3）9.4
【解析】
【分析】
解决本题的关键掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度和加速度，关键是匀变速直线运动两个重要推论的运用。
纸带在重物的拉动下速度越来越大，相等时间内位移间隔越来越大，从而确定出纸带的哪一端与重物相连，根据连续相等时间内的位移之差是一恒量求出加速度的大小。
【解答】
（1）电磁打点计时器的工作电压为：4-6V；
（2）因为纸带速度越来越快，相等时间内的间隔越来越大，可知纸带的乙端与重物相连；
（3）根据得，加速度为：。
故答案为：（1）4-6；（2）乙；（3）9.4。
5.【答案】（1）；?
；（2）
3h0?；（3）?
【解析】解：（1）球通过光电门时的速度．
根据v2=2gh，解得g=．
（2）若某次实验时光电门计时器记录下小钢球经过光电门的时间为0.5t0，则通过光电门的速度变为原来的2倍，根据v2=2gh得，知下落的高度变为原来的4倍，
因为第一次固定在A处，第二次求的是光电门与A的距离为△h=3h0；
（3）根据速度位移公式可知，解得
解得g=
故答案为：（1）；
（2）3h0；（3）。
（1）根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度求出小钢球运动到光电门处时的瞬时速度，根据速度位移公式求出当地的重力加速度．
（2）根据匀变速直线运动速度位移公式确定光电门的位置．
（3）根据速度位移公式表示出关系式即可判断
解答本题要知道极短时间内的平均速度可以代替瞬时速度，能根据自由落体运动的基本公式分析，难度不大，属于基础题．
第2页，共2页
第1页，共1页