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1、专题十力学、光学实验 【测控导航】考点题号(难易度)1.探究弹力与弹簧伸长的关系1(易)2.验证力的平行四边形定则2(易)3.探究动能定理5(中)4.验证机械能守恒定律8(难)5.用单摆测重力加速度及测光的波长3(易)、6(中)6.创新与设计性实验4(中)、7(中)1.(2013浙江部分学校5月第3次联考)请将下列实验步骤或结果补充完整:在“研究弹簧形变与外力关系的实验”中,取一待测弹簧,将弹簧自由悬挂测出其长度,在其下端竖直悬挂钩码,稳定后测出弹簧的长度,并记录,改变钩码个数,重复上述步骤.某同学在如图所示的坐标系中,根据外力F与弹簧形变x的数据标出了五个点.请你在图中描绘出相应的Fx图像,
2、根据图像求出弹簧的劲度系数为N/m.(保留2位有效数字)解析:由胡克定律F=kx可知,在x已知的情况下,还必须测量出弹簧的弹力F才能求出其劲度系数k,因此应记录钩码的个数(或钩码的总质量或钩码的总重力).Fx图像如图所示,其斜率即弹簧的劲度系数为k19 N/m.答案:钩码个数(或钩码总质量或钩码总重力)图见解析192.(2013河北省石家庄市二模)某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮筋来验证力的平行四边形定则,设计了如下实验:(1)将橡皮筋的两端分别与两条细线相连,测出橡皮筋的原长.(2)将橡皮筋一端细线用钉子固定在竖直板上M点,在橡皮筋的中点O再用细线系重物,自然下垂,如图(甲)所示.(3)将橡
3、皮筋另一端细线固定在竖直板上的N点,如图(乙)所示.为完成实验,下述操作中需要的是.A.橡皮筋两端连接细线长度必须相同.B.要测量图(甲)中橡皮筋Oa的长度和图(乙)中橡皮筋Oa、Ob的长度C.M、N两点必须在同一高度处D.要记录图(甲)中O点的位置及过O点的竖直方向E.要记录图(乙)中结点O的位置,过结点O的竖直方向及橡皮筋Oa、Ob的方向.解析:橡皮筋两端连接细线长度不是必须相同,M、N两点可以不在同一高度处,不需要记录图(甲)中O点的位置及过O点的竖直方向.由于已经测出橡皮筋的原长,只需要测量图(甲)中橡皮筋Oa的长度和图(乙)中橡皮筋Oa、Ob的长度,需要记录图(乙)中结点O的位置,过
4、结点O的竖直方向及橡皮筋Oa、Ob的方向.操作中需要的是B、E.答案:BE3.(2013四川新津中学二模)在“用单摆测定重力加速度”的实验中:(1)某同学分别选用四种材料不同、直径相同的实心球做实验,各组实验的测量数据如下.若要计算当地的重力加速度值,应选用第组实验数据.组别摆球材料摆长L/m最大摆角全振动次数N/次1铜0.4015202铁1.005503铝0.4015104木1.00550(2)甲同学选择了合理的实验装置后,测量出几组不同摆长L和周期T的数值,画出如图T2L图像中的实线OM,并算出图线的斜率为k,则当地的重力加速度g=.(3)乙同学也进行了与甲同学同样的实验,但实验后他发现测
5、量摆长时忘了加上摆球的半径,则该同学作出的T2L图像为()A.虚线,不平行OMB.虚线,平行OMC.虚线,平行OMD.虚线,不平行OM解析:(1)本实验应选择细、轻又不宜伸长的线,长度一般在1 m左右;小球应选用直径较小、密度较大的金属球;单摆的最大摆角不能超过5;全振动次数N应该在30次到50次之间.比较四组实验数据,只有第2组实验数据合适.(2)根据图像可知,k=T2/L,又因为单摆的周期公式T=2,可得g=42=.(3)由g=42,可得=k(常数),所以=k,可见,若错把摆线长作为摆长,根据所得数据连成的直线的斜率是不变的,那么记录的周期T所对应的摆长偏小,即在第(2)题图中,取周期T相
6、同时,乙同学描出的点偏左,据此可知,该同学作出的T2L图像应该为虚线.本题答案为B.答案:(1)2(2)(3)B4.(2013吉林省长春市四模22题)某物理兴趣小组在一次探究活动中,想测量滑块和长木板之间的动摩擦因数.实验装置如图所示,一端装有定滑轮的表面粗糙的长木板固定在水平实验台上,木板上有一滑块,滑块右端固定一个轻小动滑轮,钩码和弹簧测力计通过绕在滑轮上的水平轻绳相连,放开钩码,滑块在长木板上做匀加速直线运动.实验时滑块加速运动,读出弹簧测力计的示数F,处理纸带,得到滑块运动的加速度a;改变钩码个数,重复实验;以弹簧测力计的示数F为纵轴,加速度a为横轴,得到的图线是纵轴截距大小等于b的一
7、条倾斜直线,如图所示;已知滑块和轻小动滑轮的总质量为m,重力加速度为g,忽略滑轮与绳之间的摩擦.则滑块和长木板之间的动摩擦因数=.解析:由牛顿第二定律可知,对滑块和滑轮有2F-mg=ma,力F与加速度a的函数关系式为F=a+,由图像所给信息可得,b=即=.答案:5.某探究小组利用气垫导轨和光电门计时器等装置探究动能定理.他们通过改变滑轮下端的小盘中沙子的质量来改变滑块水平方向的拉力;滑块上装有宽为d的挡光片.实验中,用天平称出小盘和沙子的总质量为m,滑块(带挡光片)的质量为M,计时器显示挡光片经过光电门1和2的时间分别为t1、t2.(1)在满足的条件下,才可以认为小盘和沙子的重力所做的功等于滑
8、块动能的改变量.(2)实验中还必须测量的物理量是,试写出本次探究的原理表达式(用测量量和已知量表示) .(3)写出一个减小本实验误差的方法: .解析:(1)设绳子拉力为F,根据牛顿第二定律,对小盘和沙子:mg-F=ma;对滑块:F=Ma,整理得F=mg.只有当mM时,才可认为Fmg,即小盘和沙子的重力做的功等于滑块动能的改变量.(2)设两光电门之间的距离为x,滑块经过两光电门的速度可表示为和,重力做功为mgx,动能变化为M()2-M()2,故表达式为mgx=M()2-M()2.(3)适当减小挡光片宽度,可使、更接近滑块经过两位置的瞬时速度;适当增大光电门间距离x,可减小因测量带来的偶然误差.答
9、案:(1)mM(2)两光电门之间的距离xmgx=M()2-M()2(3)适当减小挡光片的宽度(或适当增大光电门间的距离)6.(2012年福建理综)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如下图):(1)下列说法哪一个是错误的.(填选项前的字母)A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距x=(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为mm.解析:(1)调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,不能放上单缝和双缝,若放
10、上,则光线过暗,无法调节,选项A错误;测亮纹位置应使目镜分划板中心刻线与亮纹的中心对齐,选项B正确;测相邻亮纹间距,应多测几条,通过平均值减小测量误差,求出相邻两条亮纹间距x=,选项C正确.(2)测量头的固定刻度读数为1.5 mm,可动刻度读数为0.470 mm,则示数为1.5 mm+0.470 mm=1.970 mm.答案:(1)A(2)1.9707.(2012年浙江理综)在“测定玻璃的折射率”实验中,某同学经正确操作插好了4枚大头针,如图(甲)所示.(1)在图中画出完整的光路图;(2)对你画出的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n=(保留3位有效数字);(3)为了观测光在玻璃砖不同
11、表面的折射现象,某同学做了两次实验,经正确操作插好了8枚大头针,如图(乙)所示.图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针,其对应出射光线上的2枚大头针是P3和(填“A”或“B”).解析:(1)完整的光路图如图所示.(2)用量角器测出入射角1与折射角2,根据折射率n=得出结果;或者利用坐标纸结合入射角和折射角画两个直角三角形,然后用刻度尺测出所对应的直角边和斜边的长度,进一步计算出正弦值,再代入折射率公式即可.(3)由题图(乙)可知,光线P1P2入射到玻璃砖上时,相当于光线射到了一个三棱镜上,因此出射光线将向底边偏折,所以出射光线过P3和A.答案:(1)如解析图所示(2)1.53(说明:0.0
12、3范围内都可)(3)A8.(2013湖南省十二校4月联考)某研究性学习小组对小球自由下落过程进行研究,方法如下:将一刻度尺竖直悬挂,然后让小球从球心与刻度尺“0”刻度等高处自由释放,用数码相机拍摄小球下落过程中经过某一位置处的照片,然后再次将小球从同一位置释放,用相机拍摄小球经过另一高度处的照片他们根据所得照片和相机的曝光时间求出小球经过不同位置时的速度如下表.当地重力加速度g=9.80 m/s2,数码相机拍摄时的曝光时间T=2.0010-3s.小球质量m=20.0 g. (1)他们尚未求出小球经过82.05 cm(第4次拍摄)处时的速度,请你根据图中照片求出此时小球的速度v4=m/s.拍摄序
13、号123456下落高度h/cm5.1321.0146.1582.05128.10184.62小球速度v/(ms-1)1.002.003.005.006.00(2)为了利用以上数据求出小球下落过程中的加速度,请你根据他们的实验数据,在坐标纸中以小球下落高度h为横轴,以与速度v相关的某一量为纵轴作出该量与h的线性关系图像.并根据图像求得小球的加速度为a=m/s2.(3)根据图像可求得小球从100.00 cm下落到150.00 cm的过程中重力势能减少量为J,动能增加量为J.解析:(1)在数码相机拍摄时的曝光时间内,小球下落的距离h=(82.85-82.05)10-2m=810-3 m,所以v4=m
14、/s=4.00 m/s.(2)在表格中下落高度h数据的比值有以下关系:4.104.00=22,9.00=32,16.00=42,24.9725=52,35.9936.00=62,所以以v2为纵坐标,描点作出图像如图所示.由于小球自由下落过程中机械能守恒,所以=2g,小球的加速度a=g=.由图像可求出斜率k= m/s2=19.4 m/s2,得a=9.70 m/s2.(3)Ep=mgh=0.029.800.5 J=0.098 J.100 cm处=19.5 m2/s2,150 cm处=29.0 m2/s2,所以Ek=m(-)=0.02(29.0-19.5)J=0.095 J.答案:(1)4.00(2)图像见解析9.70(9.509.75之间都有效)(3)0.0980.095(0.0920.096之间都有效)8