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1、专题八物理实验第 1 讲力学实验与创新1.(2017 辽宁营口模拟 )某同学利用如图 ( 丙) 所示的装置来验证力的平行四边形定则 .在竖直木板上铺有白纸, 在 A,B 两点固定两个光滑定滑轮 , 用一个轻绳跨过两滑轮悬挂钩码组N1,N2, 用另一轻绳 C在 O点打一结 , 悬挂钩码组N3, 每个钩码的质量相等. 当系统达到平衡时 ,记录各组钩码个数 .回答下列问题 : (1) 改变钩码个数 , 可以完成实验的是. A.钩码的个数 N1=2,N2=2,N3=4 B.钩码的个数 N1=3,N2=3,N3=4 C.钩码的个数 N1=4,N2=4,N3=4 D.钩码的个数 N1=3,N2=4,N3=
2、6 (2) 在拆下钩码和绳子前 , 必须的一个步骤是. A.记录 OA,OB,OC 三段绳子的方向B.用刻度尺测出 OA,OB,OC 三段绳子的长度C.用天平测出钩码的质量(3) 在操作正确的前提下, 你认为 ( 甲) 、( 乙) 两图比较合理的是图. 填“(甲) ”或“(乙) ” 解析:(1) 对 O点受力分析 , 线段 OA,OB,OC 分别表示三个力的大小 , 由名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 11 页 - - - - - - - - - 于三个共点
3、力平衡 ,因此三个力的大小构成一个三角形.2,2,4不可以构成三角形 , 故 A错误;3,3,4可以构成三角形 , 故 B正确;4,4,4可以构成三角形 , 故 C正确;3,4,6可以构成三角形 ,故 D正确. (2) 为验证平行四边形定则, 必须作力的图示 , 所以先明确受力点 , 即标记结点O 的位置, 其次要作出力的方向并读出力的大小,最后作出力的图示 , 因此要做好记录 , 要记录砝码的个数和记录OA,OB,OC 三段绳子的方向 , 故 A正确,B,C 错误. (3) 以 O点为研究对象 ,F3的实际作用效果在 OC 这条线上 , 由于误差的存在, 根据平行四边形定则求出的F1,F2合
4、力的理论值要与实际值有一定偏差 , 故( 甲)图符合实际 ,( 乙) 图不符合实际 . 答案:(1)BCD (2)A (3)( 甲) 2.(2017 北京东城区模拟 ) 在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中, 小明同学用甲、乙两根规格不同的弹簧进行实验, 由实验得到弹簧伸长量 x 与弹簧受到的拉力 F的关系如图 (a) 所示, 由图求得弹簧乙的劲度系数为N/m.若要在两根弹簧中选用一根来制作精确程度较高的弹簧测力计, 应选弹簧; 用制作好的弹簧测力计来测量物体的重力 , 如图(b) 所示, 物体重N. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -
5、 - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 11 页 - - - - - - - - - 解析: 由弹簧伸长量 x 与弹簧受到的拉力F 的关系图像可求得弹簧乙的劲度系数 k=200 N/m;要制作精确程度较高的弹簧测力计, 应选在同样力作用下弹簧伸长量大的甲弹簧. 图(b) 所示的物体重 4.00 N. 答案:200 甲4.00 3. 一小球在桌面上从静止开始做加速运动, 现用高速摄影机在同一底片上多次曝光 , 记录下小球每次曝光的位置, 并将小球的位置编号 . 如图(甲) 所示,1 位置恰为小球刚开始运动的瞬间, 作为零时刻。摄影机连续两次曝光的时间间
6、隔均为0.5 s, 小球从 1 位置到 6 位置的运动过程中经过各位置的速度分别为v1=0,v2=0.06 m/s,v3= m/s, v4=0.18 m/s,v5= m/s. 在如图 ( 乙)所示坐标系中作出小球的速度时间图像 (保留描点痕迹 ). 解析 : 如题图 ( 甲) 所示 ,x2+x3=0.12 m, 则 v3= m/s=0.12 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 11 页 - - - - - - - - - m/s, 又 x4+x5=0.24 m
7、, 则 v5= m/s=0.24 m/s.其中 v-t图像如图所示. 答案:0.12 0.24 图见解析4. 某同学利用倾斜气垫导轨做“验证机械能守恒定律”的实验, 实验装置如图 (甲) 所示.其主要实验步骤如下 : a. 用游标卡尺测量挡光条的宽度l, 结果如图 ( 乙) 所示; b. 读出导轨标尺的总长L0, 并用直尺测出导轨标尺在竖直方向的高度 H0; c. 读出滑块释放处挡光条与光电门中心之间的距离s; d. 由静止释放滑块 , 从数字计时器 (图( 甲) 中未画出 ) 上读出挡光条通过光电门所用的时间t. 回答下列问题 : (1) 由图(乙) 读出 l= mm. (2) (选填“有”
8、或“没有”)必要用天平称出滑块和挡光条名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 11 页 - - - - - - - - - 的总质量 M. (3) 多次改变光电门位置 , 即改变距离 s, 重复上述实验 , 作出随 s 的变化图像 , 如图( 丙) 所示, 当已知质量t0,s0,l,L0,H0和当地重力加速度 g 满足表达式= 时, 可判断滑块下滑过程中机械能守恒. 解析:(1) 游标尺上共有20 小格, 精度为 0.05 mm,用游标卡尺测量挡光条的宽度l=(8
9、+0.05 4)mm=8.20 mm.(2)欲验证机械能守恒定律,即 Mgssin = M( )2, 为气垫导轨与水平面间的夹角, 只需验证gssin = ( )2, 可见没有必要测量滑块和挡光条的总质量M.(3) 由几何知识得 sin =, 当 s=s0,t=t0时有=s0. 答案:(1)8.20 (2) 没有(3)s05.(2017 江西上饶二模 ) 气垫导轨是研究与运动有关的实验装置, 也可以用来研究功能关系. 如图( 甲) 所示, 在气垫导轨的左端固定一轻质弹簧 , 轨道上有一滑块 A紧靠弹簧但不连接 , 滑块的质量为 m. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
10、 - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 11 页 - - - - - - - - - (1) 用游标卡尺测出滑块A 上的挡光片的宽度 , 读数如图 ( 乙)所示, 则宽度 d= cm; (2) 利用该装置研究弹簧对滑块做功的大小; 某同学打开气源 , 调节装置, 使滑块可以静止悬浮在导轨上, 然后用力将滑块A 压紧到 P点, 释放后, 滑块 A 上的挡光片通过光电门的时间为t, 则弹簧对滑块所做的功为.( 用题中所给字母表示 ) (3) 利用该装置测量滑块与导轨间的动摩擦因数; 关闭气源 ,仍将滑块A由 P点释放 , 当光
11、电门到 P点的距离为 x 时, 测出滑块 A上的挡光片通过光电门的时间为t, 移动光电门 , 测出多组数据 ( 滑块都能通过光电门), 并绘出 x-图像. 如图(丙)所示, 已知该图线斜率的绝对值为k,则滑块与导轨间的滑动摩擦因数为. 解析:(1) 主尺读数为 9 mm;游标卡尺分度为0.05 mm,第 12 个刻度对齐, 游标卡尺读数为0.0512 mm=0.60 mm,故宽度为d=9 mm+0.60 mm=9.60 mm=0.960 cm. (2) 滑块通过光电门已经是匀速运动了, 速度为 v=, 此时滑块动能全部由弹簧弹性势能转化而来, 故弹簧做功为W=mv2= m()2;(3) 每次都
12、由P 释放 , 则每次弹簧弹性势能都相同, 由能量转化和守恒可名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 11 页 - - - - - - - - - 得 ,m()2+ mgx1= m()2+ mgx2解 得 , =-(), 又=- , 则动摩擦因数为 =. 答案:(1)0.960 (2)m( )2(3)6.(2017 江苏徐州模拟 )(1) 某同学想利用图 ( 甲) 所示装置 , 验证滑块与钩码组成的系统机械能守恒, 该同学认为只要将摩擦力平衡掉就可以了 . 你认为
13、该同学的想法( 选填“正确”或“不正确”) (2) 另一同学用一倾斜的固定气垫导轨来验证机械能守恒定律. 如图(乙)所示, 质量为 m1的滑块( 带遮光条 )放在 A 处, 由跨过轻质定滑轮的细绳与质量为 m2的钩码相连 , 导轨 B处有一光电门 , 用 L表示遮光条的宽度 ,x 表示 A,B两点间的距离 ,表示气垫导轨的倾角 ,g 表示当地重力加速度 . 气泵正常工作后 ,将滑块由 A 点静止释放 , 运动至 B,测出遮光条经过光电门的时间t, 该过程滑块与钩码组成的系统重力势能的减小量表 示 为, 动 能 的 增 加 量 表 示名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
14、- - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 11 页 - - - - - - - - - 为. 若系统机械能守恒 , 则 与 x 的关系式为= (用题中已知量表示 ). 实验时测得m1=475 g,m2=55 g, 遮光条宽度 L=4 mm,sin =0.1, 改变光电门的位置 , 滑块每次均从 A点释放 , 测量相应的 x 与t 的值, 以为纵轴 ,x为横轴 , 作出的图像如图 ( 丙)所示, 则根据图像可求得重力加速度 g0为 m/s2(计算结果保留 2位有效数字 ), 若 g0与当地重力加速度 g 近似相等 ,则可验证系统
15、机械能守恒. 解析:(1) 机械能守恒的条件只有重力或弹力做功, 平衡摩擦力时 , 是用重力的分力等于摩擦力, 但此时系统受到摩擦力, 故摩擦力对系统做功, 机械能不守恒 ; 故该同学的想法不正确 ; (2) 滑块由 A到 B的过程中 , 系统重力势能的减小量为Ep=m2gx-m1gxsin , 经过光电门时的速度为v= ,则动能的增加量为Ek= (m1+m2)v2= (m1+m2)()2; 若系统机械能守恒 ,则有Ep=Ek, 联立解得 , =; 由上述公式可得 ,图像中的斜率k=, 代入名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - -
16、 - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 11 页 - - - - - - - - - 数据解得 ,g 9.4 m/s2; 答案:(1) 不正确(2) Ep=m2gx-m1gxsin Ek= (m1+m2)()29.4 7.(2017 山东潍坊二模 ) 一圆盘边缘缠有足够长的细线, 细线下端拴有重锤 , 释放重锤 , 圆盘绕固定轴在竖直平面内转动. 用频闪仪拍下重锤从 A 到 D竖直下落的频闪照片 , 如图所示 . 已知频闪仪每隔0.04 s闪光一次 , 图中 x1=16.63 cm,x2=17.92 cm,x3=19.20 cm,x1,x2,x3为实际下落的数值 .
17、 (1) 判 断 重 锤 由A 运 动 到D 是 不 是 匀 加 速 运 动 的 依 据是; (2) 重锤运动到C 点的速度为 m/s, 若要得到此时圆盘的角速度, 还应测量的物理量是. 解析:(1) 已知频闪仪每隔0.04 s 闪光一次 , 且 x1=16.63 cm,x2=17.92 cm,x3=19.20 cm, 则 有 x1=x2-x1=17.92 cm-16.63 cm=1.29 cm; 而 x2=x3-x2=19.20 cm-17.92 cm=1.28 cm; 那么在误差允许范围内 ,x2-x1与 x3-x2是相等的 , 因此重锤由 A运动到D是不是匀加速运动的依据是在误差允许范围
18、内,x2-x1与 x3-x2是否相等; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 11 页 - - - - - - - - - (2) 根 据中 时 刻 的瞬 时 速 度等 于 这 段时 间 内 的平 均 速 度 , 则 有vC=10-2 m/s=4.64 m/s.若要得到此时圆盘的角速度, 依据角速度与半径的关系式= , 还应测量的物理量是圆盘的半径. 答案:(1) 在误差允许范围内 ,x2-x1与 x3-x2是否相等(2)4.64 圆盘的半径8.(2017 黑龙
19、江哈尔滨三模 ) 某同学设计了一个用打点计时器做 “验证动量守恒定律” 的实验 :在小车 A的前端粘有橡皮泥 , 推动小车 A使之做匀速运动 , 然后与原来静止的小车B 相碰并粘合成一体 , 继续做匀速运动 . 他设计的具体装置如图(甲) 所示, 在小车后连接着纸带 , 电磁打点计时器使用的电源频率为50 Hz, 长木板垫着小木片以平衡摩擦力. (1) 若已得到打点纸带如图( 乙) 所示 , 并测得各计数点间距( 标在图上).A 为运动起点 , 则应该选择段来计算 A碰前的速度 v0, 应选择段来计算 A和 B碰后的共同速度 v.( 以上空格选填“AB ”“BC ” “CD ”或“ DE ”)
20、 (2) 已测得小车 A的质量 m1=0.40 kg, 小车 B 的质量 m2=0.20 kg, 由以上 测 量 结 果 可 得 碰 前m1v0=kgm/s, 碰 后 (m1+m2)v= 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 11 页 - - - - - - - - - kg m/s, 由此得出结论 : .( 计算结果保留三位有效数字 ) 解析:(1)A与 B 碰后粘在一起 , 速度减小 , 相等时间内的间隔减小 , 可知通过 BC段来计算 A的碰前速度 ,通
21、过 DE段计算 A和 B碰后的共同速度. (2)A 碰前的速度 v0= m/s=1.05 m/s, 碰前的总动量为p1=m1v0=0.4 1.05 kg m/s=0.420 kg m/s; 碰后共同速度 v= m/s=0.695 m/s. 碰后的总动量 p2=(m1+m2)v=0.6 0.695 kgm/s=0.417 kgm/s, 由此可知在误差允许范围内 ,AB碰撞过程中系统的动量守恒. 答案:(1)BC DE (2)0.420 0.417 AB碰撞过程中系统的动量守恒名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - -