專題七

實(shí)驗(yàn)第二十講

力學(xué)實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)一

紙帶類和光電門類實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)處理

探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律1.細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行2.釋放前小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器3.先接通電源,再釋放小車,打點(diǎn)結(jié)束先切斷電源,再取下紙帶4.鉤碼質(zhì)量適當(dāng)1.判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)2.利用一段時(shí)間內(nèi)的平均速度求中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度3.利用逐差法求平均加速度4.作速度—時(shí)間圖像,通過(guò)圖像的斜率求加速度實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)處理探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系1.補(bǔ)償阻力,墊高長(zhǎng)木板一端使小車能勻速下滑2.在補(bǔ)償阻力時(shí),不要把懸掛槽碼的細(xì)繩系在小車上,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不用重復(fù)補(bǔ)償阻力3.實(shí)驗(yàn)必須保證的條件:小車質(zhì)量m?槽碼質(zhì)量m'4.釋放前小車要靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,應(yīng)先接通電源,后釋放小車實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律1.開始前調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平2.用天平測(cè)出兩滑塊的質(zhì)量3.用光電門測(cè)量碰前和碰后的速度【例1】用圖甲所示裝置可以完成多個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn),小車的質(zhì)量為M。(1)做探究小車加速度與所受合外力關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí),關(guān)于實(shí)驗(yàn)要求,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

。

A.將長(zhǎng)木板沒(méi)有定滑輪的一端適當(dāng)墊高,平衡摩擦力B.調(diào)節(jié)定滑輪的高度,使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與長(zhǎng)木板平行C.開始時(shí)小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,先接通電源再釋放小車D.使砂桶和砂的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量(2)保證小車質(zhì)量一定,多次改變砂桶中砂的質(zhì)量進(jìn)行實(shí)驗(yàn),某次實(shí)驗(yàn)打出的紙帶如圖乙所示,計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離在圖中已標(biāo)出,打相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T,則該次實(shí)驗(yàn)小車的加速度大小a=

。

【例2】某同學(xué)用碰撞驗(yàn)證動(dòng)量守恒,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。利用天平稱量?jī)蓚€(gè)滑塊的質(zhì)量分別為滑塊1質(zhì)量m1,滑塊2質(zhì)量m2,墊起木板的一端使滑塊可以在木板上勻速運(yùn)動(dòng),在滑塊2上裝有撞針和橡皮泥,現(xiàn)在將滑塊1裝上紙帶并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔,實(shí)驗(yàn)時(shí)接通電源,讓滑塊1以一定的速度撞上滑塊2并粘在一起,在滑塊撞上擋板前用手按住滑塊并關(guān)閉電源。(1)實(shí)驗(yàn)中改變滑塊質(zhì)量重復(fù)實(shí)驗(yàn)

(選填“需要”“不需要”)重新平衡摩擦。

(2)實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶如圖所示,用刻度尺測(cè)量出各段距離,根據(jù)碰撞前后情況可知應(yīng)用

段計(jì)算滑塊碰前的速度。

(3)若實(shí)驗(yàn)滿足表達(dá)式

(用m1、m2、s1、s2、s3、s4表示),則動(dòng)量守恒。

【例3】利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。(1)按照?qǐng)D1安裝好器材,下列實(shí)驗(yàn)步驟正確的操作順序?yàn)?/p>

(填各實(shí)驗(yàn)步驟前的字母)。

A.釋放小車B.接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源C.調(diào)整滑輪位置,使細(xì)線與木板平行(2)實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶如圖2所示,A、B、C為依次選取的三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)未畫出),可以判斷紙帶的

(選填“左端”或“右端”)與小車相連。

(3)圖2中相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T,則打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v=

。

(4)某同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)研究圓周運(yùn)動(dòng)。如圖3所示,將紙帶的一端固定在圓盤邊緣處的M點(diǎn),另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。實(shí)驗(yàn)時(shí)圓盤從靜止開始轉(zhuǎn)動(dòng),選取部分紙帶如圖4所示。相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.10s,圓盤半徑R=0.10m。則這部分紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的加速度大小為

m/s2;打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)圓盤上M點(diǎn)的向心加速度大小為

m/s2。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

【例4】某學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了圖甲的裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。鉤碼A、B通過(guò)一繞過(guò)光滑定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩相連接,輕質(zhì)擋光片固定于鉤碼A上,鉤碼A、B的質(zhì)量均為m1。初始時(shí),擋光片中心線與光電門發(fā)光孔之間的高度差為h,現(xiàn)將另一質(zhì)量為m2的小鉤碼C輕輕掛在B上,系統(tǒng)由靜止開始運(yùn)動(dòng),測(cè)得光電門的擋光時(shí)間為Δt。

考點(diǎn)二

彈簧類、橡皮繩類及其他力學(xué)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)處理探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系1.應(yīng)在彈簧自然下垂時(shí),測(cè)量彈簧原長(zhǎng)l02.水平放置時(shí)測(cè)原長(zhǎng),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是彈簧自身有重力1.作出彈力F隨彈簧伸長(zhǎng)量x變化的圖線,斜率表示彈簧的勁度系數(shù)2.超過(guò)彈簧的彈性限度,圖線會(huì)發(fā)生彎曲實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)處理探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律1.正確使用彈簧測(cè)力計(jì)2.在同一次實(shí)驗(yàn)中,橡皮條結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同3.細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些,互成角度地拉橡皮條時(shí),夾角大小應(yīng)適當(dāng)1.按力的圖示作平行四邊形2.求合力大小實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)處理探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1.保證斜槽末端水平2.每次讓小球從傾斜軌道的同一位置由靜止釋放3.坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)是小球出槽口時(shí)球心在紙板上的投影點(diǎn)實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)處理探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系1.彈力大小關(guān)系可以通過(guò)標(biāo)尺上刻度讀出,該讀數(shù)顯示了向心力大小關(guān)系2.采用了控制變量法,探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系作出Fn-ω2、Fn-r、Fn-m的圖像,分析向心力與角速度、半徑、質(zhì)量之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)處理用單擺測(cè)量重力加速度的大小【例5】某同學(xué)研究彈簧的勁度系數(shù),做了如下實(shí)驗(yàn):①如圖甲所示,豎直懸掛的彈簧的懸點(diǎn)固定,在其旁邊豎直固定一刻度尺,彈簧上端和刻度尺的零刻線水平對(duì)齊。將距離彈簧上端三分之一長(zhǎng)度處和彈簧的下端位置分別標(biāo)記為A和B,記下標(biāo)記A、B水平對(duì)齊刻度尺的示數(shù)分別為L(zhǎng)A0、LB0;②如圖乙所示,準(zhǔn)備5個(gè)質(zhì)量均為120g的鉤碼:第一次彈簧下端掛一個(gè)鉤碼,穩(wěn)定后,記下標(biāo)記A、B水平對(duì)齊刻度尺的示數(shù)分別為L(zhǎng)A1、LB1;第二次彈簧下端掛兩個(gè)鉤碼,穩(wěn)定后,記下標(biāo)記A、B水平對(duì)齊刻度尺的示數(shù)分別為L(zhǎng)A2、LB2;依此類推,彈簧下端分別掛上三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)鉤碼,穩(wěn)定后記下標(biāo)記A、B水平對(duì)齊刻度尺的相應(yīng)示數(shù);③數(shù)據(jù)記錄如下表,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取10m/s2。鉤碼數(shù)量012345LA/cmLA0=3.0LA1=3.5LA2=4.0LA3=4.5LA4=5.0LA5=5.5LB/cmLB0=9.0LB1=10.5LB2=12.0LB3=13.5LB4=15.0LB5=16.5

【例6】為了探究并驗(yàn)證兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律,兩位同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如下方案。(1)李紅同學(xué)找到三條相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物,還有刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩、白紙、釘子等。實(shí)驗(yàn)方案:先將三條橡皮筋的一端連接成結(jié)點(diǎn)O,將其中兩條橡皮筋的另一端分別掛在豎直墻上的兩個(gè)釘子a、b上,然后將第三條橡皮筋的另一端通過(guò)細(xì)繩懸掛小重物,如圖甲所示。①本實(shí)驗(yàn)中,下列說(shuō)法正確的是

。

A.Oa與Ob的夾角必須為30°、60°或90°,不能為其他角度B.測(cè)量每條橡皮筋的原長(zhǎng)C.測(cè)量懸掛小重物后每條橡皮筋的長(zhǎng)度D.記錄懸掛小重物后每條橡皮筋的方向②探究結(jié)論:兩個(gè)互成角度的力的合成遵循平行四邊形定則。(2)王華同學(xué)為了驗(yàn)證李紅同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案:A.用天平測(cè)得一個(gè)小物塊的質(zhì)量;B.如圖乙所示,兩根固定的豎直桿間距為d,用長(zhǎng)為L(zhǎng)的不可伸長(zhǎng)的輕繩穿過(guò)光滑輕質(zhì)滑輪,滑輪下端連接小物塊,輕繩兩端分別固定在桿上M、N兩點(diǎn),在輕繩的左端連接力傳感器,力傳感器的重力忽略不計(jì)。C.改變并記錄小物塊的質(zhì)量m,記錄力傳感器對(duì)應(yīng)的示數(shù)F,得到多組數(shù)據(jù),已知重力加速度為g。

【解析】(1)探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律,要利用同一個(gè)作用點(diǎn),分別作出三個(gè)力的圖示,以掛在兩個(gè)釘子a、b上的兩條橡皮筋的拉力的圖示作出平行四邊形,用兩個(gè)力所夾對(duì)角線的長(zhǎng)度和方向與第三條橡皮筋的拉力的圖示對(duì)比分析,找出其規(guī)律。故完成本實(shí)驗(yàn)必需的操作有:不掛小重物時(shí)測(cè)量每條橡皮筋的原長(zhǎng),懸掛小重物后記錄結(jié)點(diǎn)O的位置,因?yàn)槿龡l相同的橡皮筋都遵循胡克定律,故不需要測(cè)量每條橡皮筋的彈力大小,而是測(cè)量懸掛小重物后每條橡皮筋的長(zhǎng)度,并且記錄每條橡皮筋的方向,本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的是一個(gè)普遍規(guī)律,因此Oa與Ob的角度不必為30°、60°或90°,可以是其他角度,故A錯(cuò)誤,BCD正確。故選BCD。

【例7】某同學(xué)做“探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”實(shí)驗(yàn),小球從斜槽上某處由靜止釋放。圖1(1)用頻閃照相記錄下平拋小球在不同時(shí)刻的位置,則下列做法正確的是

(填選項(xiàng)前的字母)。

A.選擇體積小、質(zhì)量大的小球B.斜槽必須光滑C.先拋出小球,再打開頻閃儀D.斜槽末端必須水平

【例8】某小組用圖(a)裝置探究“向心力大小與半徑、周期的關(guān)系”,通過(guò)緊固螺釘(圖中未畫出)可在豎直方向調(diào)整水平橫梁位置,位移傳感器、力傳感器均固定在橫梁上,兩傳感器和光電門都與計(jì)算機(jī)相連;小球放在一端有擋光片的水平橫槽上,細(xì)繩一端p連接小球,另一端q繞過(guò)轉(zhuǎn)向輪后連接力傳感器,力傳感器可測(cè)量細(xì)繩拉力,位移傳感器可測(cè)量橫梁與底座之間的距離。小球和細(xì)繩所受摩擦力可忽略,細(xì)繩q端與直流電機(jī)轉(zhuǎn)軸在同一豎直線上。光電門未被擋光時(shí)輸出低電壓,被擋光時(shí)輸出高電壓。實(shí)驗(yàn)步驟如下:(1)如圖(b)所示,用螺旋測(cè)微器測(cè)量小球直徑d=

mm,若測(cè)得直流電機(jī)轉(zhuǎn)軸到小球之間繩長(zhǎng)為L(zhǎng),則小球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r=

(用d、L表示)。

(2)探究向心力大小與半徑的關(guān)系:啟動(dòng)直流電機(jī),橫槽帶動(dòng)小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),保持

不變,記錄力傳感器讀數(shù)F0,位移傳感器讀數(shù)H0,小球做圓周運(yùn)動(dòng)半徑r0。降低橫梁高度,當(dāng)位移傳感器讀數(shù)為H1時(shí),小球做圓周運(yùn)動(dòng)半徑r1=

(用r0、H0、H1表示),待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后再次記錄力傳感器讀數(shù)F1,重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)得到多組數(shù)據(jù),通過(guò)計(jì)算機(jī)擬合F-r圖像,可得線性圖像。

【例9】在用單擺測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)中。(1)如圖1所示,可在單擺懸點(diǎn)處安裝力傳感器,也可在擺球的平衡位置處安裝光電門。甲同學(xué)利用力傳感器,獲得傳感器讀取的力與時(shí)間的關(guān)系圖像,如圖2所示,則單擺的周期為

s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。乙同學(xué)利用光電門,從小鋼球第1次遮光開始計(jì)時(shí),記下第n次遮光的時(shí)刻t,則單擺的周期為T=

。

(2)丙同學(xué)發(fā)現(xiàn)小鋼球已變形,為減小測(cè)量誤差,他改變擺線長(zhǎng)度l,測(cè)出對(duì)應(yīng)的周期T,作出相應(yīng)的l-T2關(guān)系圖線,如圖3所示。由此算出圖線的斜率k和截距b,則重力加速度g=

,小鋼球重心到擺線下端的高度差h=

。(結(jié)果均用k、b表示)

1.力學(xué)實(shí)驗(yàn)題的創(chuàng)新主要體現(xiàn)在對(duì)課本實(shí)驗(yàn)的改編、拓展或延伸,核心原理:(1)以基本的力學(xué)模型為載體,依托運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律和動(dòng)力學(xué)定律設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn);(2)將實(shí)驗(yàn)的基本方法——控制變量法,處理數(shù)據(jù)的基本方法——圖像法、逐差法,融入實(shí)驗(yàn)的綜合分析之中?？键c(diǎn)三

力學(xué)創(chuàng)新拓展類問(wèn)題2.力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的解法①根據(jù)題目情境,提取相應(yīng)的力學(xué)模型,明確實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案;②進(jìn)行實(shí)驗(yàn),記錄數(shù)據(jù),應(yīng)用原理公式或圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)合物體實(shí)際受力情況和理論受力情況對(duì)結(jié)果進(jìn)行誤差分析。3.題型一:實(shí)驗(yàn)器材的等效與替換(1)特點(diǎn):實(shí)驗(yàn)裝置、器材變化,但實(shí)驗(yàn)原理、方法等不變。(2)創(chuàng)新形式:①用氣墊導(dǎo)軌代替長(zhǎng)木板,應(yīng)調(diào)整導(dǎo)軌水平,不必平衡摩擦力;②用光電門、頻閃相機(jī)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。③用電子秤、力傳感器或已知質(zhì)量的鉤碼等代替彈簧測(cè)力計(jì)。4.題型二:實(shí)驗(yàn)結(jié)論的拓展與延伸(1)特點(diǎn):實(shí)驗(yàn)的裝置、器材等不變,但實(shí)驗(yàn)?zāi)康淖兞恕＠盟鶞y(cè)數(shù)據(jù),求另一物理量或驗(yàn)證另一個(gè)物理規(guī)律。(2)創(chuàng)新形式:①由測(cè)定加速度延伸為測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù),通過(guò)研究紙帶、頻閃照片或光電裝置得出物體的加速度,再利用牛頓第二定律求出物體所受的阻力或小車與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù);②由測(cè)定加速度延伸為測(cè)定交變電流的頻率。5.題型三:實(shí)驗(yàn)情景的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新(1)特點(diǎn):用學(xué)過(guò)的物理規(guī)律和實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)或解答新情景實(shí)驗(yàn)。(2)創(chuàng)新形式①利用平拋運(yùn)動(dòng)探究功與速度變化的關(guān)系;②利用鋼球擺動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律;③利用凹形橋模擬器測(cè)小車過(guò)橋最低點(diǎn)的速度;④利用能量守恒定律測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù);⑤利用運(yùn)動(dòng)公式解決新情境實(shí)驗(yàn)?！纠?0】把直尺改裝成“豎直加速度測(cè)量?jī)x”,實(shí)驗(yàn)步驟如下,請(qǐng)完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。(1)彈簧的上端固定在鐵架臺(tái)上,在彈簧的旁邊沿彈簧長(zhǎng)度方向豎直固定一直尺,彈簧上端與直尺的0刻度線對(duì)齊。彈簧下端不掛鋼球時(shí),指針在直尺上指示的刻度如圖甲所示,以此記作彈簧的原長(zhǎng)x0=

m。

(2)彈簧下端掛上鋼球,靜止時(shí)指針在直尺上指示的刻度如圖乙所示。若重力加速度g取10m/s2,鋼球質(zhì)量為0.25kg,且彈簧發(fā)生的是彈性形變,則該彈簧的勁度系數(shù)k=

N/m結(jié)果(保留三位有效數(shù)字)。

(3)取豎直向上為正方向,寫出鋼球豎直加速度a(單位:m/s2)隨彈簧長(zhǎng)度x(單位:m)變化的函數(shù)關(guān)系式:a=

;將直尺不同刻度對(duì)應(yīng)的加速度標(biāo)在直尺上,就可用此裝置測(cè)量豎直方向的加速度。

【答案】(1)0.200

(2)12.5

(3)50x-20

【例11】如圖甲所示為桶裝水電動(dòng)抽水器,某興趣小組利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律測(cè)量該抽水器的流量Q(單位時(shí)間流出水的體積)。(1)如圖乙所示,為了方便測(cè)量取下不銹鋼出水管,用游標(biāo)卡尺測(cè)量其外徑D,讀數(shù)為

mm。

(2)重新安裝出水管如圖甲所示,為了使水能夠沿水平方向流出,下列哪種方法更合理

。

A.用力把出水管前端掰至水平B.轉(zhuǎn)動(dòng)出水管至出水口水平C.調(diào)整水桶的傾斜角度使出水口水平

【例12】某同學(xué)用如圖(a)所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。用細(xì)線把鋼制的圓柱掛在架子上,架子下部固定一個(gè)小電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)軸上裝一支軟筆。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),軟筆尖每轉(zhuǎn)一周就在鋼柱表面畫上一條痕跡(時(shí)間間隔為T)。如圖(b)所示,在鋼柱上從痕跡O開始選取5條連續(xù)的痕跡A、B、C、D、E,測(cè)得它們到痕跡O的距離分別為hA、hB、hC、hD、hE。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。

【例13】某學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了圖甲所示裝置來(lái)探究物體質(zhì)量一定時(shí)加速度與合外力的關(guān)系。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下。(1)如圖甲所示,裝置中光電門1、2之間的距離為h。開始時(shí),左右兩側(cè)掛有兩個(gè)質(zhì)量都等于50g的小桶,兩小桶內(nèi)都裝有5個(gè)質(zhì)量都等于10g的鐵片;左側(cè)小桶A上固定著一質(zhì)量不計(jì)的擋光片,用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光片的寬度,如圖乙所示,擋光片寬度d=

mm。

(2)從左側(cè)小桶取出1個(gè)鐵片放入右桶中,接著釋放小桶,小桶A上的擋光片依次經(jīng)過(guò)光電門1和2,記錄擋光片遮光時(shí)間。重復(fù)上述過(guò)程,將左側(cè)小桶放入右側(cè)小桶中的鐵片總數(shù)量記為n。(3)某次實(shí)驗(yàn)時(shí),測(cè)得擋光片遮光時(shí)間分別為Δt1、Δt2,則可求得小桶A的加速度a=

(用d、Δt1、Δt2、h表示);

(4)利用所得數(shù)據(jù)作出a-n圖像,如圖丙所示。從圖像可以得出,當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí),物體加速度與其所受的合外力成正比。(5)利用a-n圖像可求得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=

m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。

1.(2024·浙江卷)如圖1所示是“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置。(1)該實(shí)驗(yàn)中同時(shí)研究三個(gè)物理量間關(guān)系是很困難的,因此我們采用的研究方法是

。

A.放大法

B.控制變量法C.補(bǔ)償法B

(2)該實(shí)驗(yàn)過(guò)程中操作正確的是

。

A.補(bǔ)償阻力時(shí)小車未連接紙帶B.先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,后釋放小車C.調(diào)節(jié)滑輪高度使細(xì)繩與水平桌面平行B

(3)在小車質(zhì)量

(選填“遠(yuǎn)大于”或“遠(yuǎn)小于”)槽碼質(zhì)量時(shí),可以認(rèn)為細(xì)繩拉力近似等于槽碼的重力。上述做法引起的誤差為

(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。為減小此誤差,下列可行的方案是

。

A.用氣墊導(dǎo)軌代替普通導(dǎo)軌,滑塊代替小車B.在小車上加裝遮光條,用光電計(jì)時(shí)系統(tǒng)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器C.在小車與細(xì)繩之間加裝力傳感器,測(cè)出小車所受拉力大小遠(yuǎn)大于系統(tǒng)誤差C

圖2A【詳解】(1)該實(shí)驗(yàn)中同時(shí)研究三個(gè)物理量間關(guān)系是很困難的,因此我們可以控制其中一個(gè)物理量不變,研究另外兩個(gè)物理量之間的關(guān)系,即采用了控制變量法。故選B。(2)A.補(bǔ)償阻力時(shí)小車需要連接紙帶,一方面是需要連同紙帶所受的阻力一并平衡,另外一方面是通過(guò)紙帶上的點(diǎn)間距判斷小車是否在長(zhǎng)木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng),故A錯(cuò)誤;B.由于小車速度較快,且運(yùn)動(dòng)距離有限,打出的紙帶長(zhǎng)度也有限,為了能在長(zhǎng)度有限的紙帶上盡可能多地獲取間距適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)點(diǎn),實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,后釋放小車,故B正確;C.為使小車所受拉力與速度同向,應(yīng)調(diào)節(jié)滑輪高度使細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行,故C錯(cuò)誤。故選B。

2.(2023·福建卷)某小組用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究斜面傾角是否對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)產(chǎn)生影響。所用器材有:絨布木板、滑塊、擋光片、米尺、游標(biāo)卡尺、光電門、傾角調(diào)節(jié)儀等。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:(1)將絨布平鋪并固定在木板上,然后將光電門A、B固定在木板上。用米尺測(cè)量A、B間距離L。(2)用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光片寬度d,示數(shù)如圖(b)所示。該擋光片寬度d=

mm。

(3)調(diào)節(jié)并記錄木板與水平面的夾角θ,讓裝有擋光片的滑塊從木板頂端下滑。記錄擋光片依次經(jīng)過(guò)光電門A和B的擋光時(shí)間ΔtA和ΔtB,求得擋光片經(jīng)過(guò)光電門時(shí)滑塊的速度大小vA和vB。某次測(cè)得ΔtA=5.25×10-3s,則vA=

m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。

5.251.00(4)推導(dǎo)滑塊與絨布間動(dòng)摩擦因數(shù)μ的表達(dá)式,可得μ=

(用L、vA、vB、θ和重力加速度大小g表示),利用所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出μ值。

(5)改變?chǔ)冗M(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),獲得與θ對(duì)應(yīng)的μ,并在坐標(biāo)紙上作出μ-θ關(guān)系圖像,如圖(c)所示。

斜面傾角對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)沒(méi)有影響

(6)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn),在誤差允許范圍內(nèi),可以得到的結(jié)論為

。

3.(2022·浙江卷)(1)①“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,長(zhǎng)木板水平放置,細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行。圖2是打出紙帶的一部分,以計(jì)數(shù)點(diǎn)O為位移測(cè)量起點(diǎn)和計(jì)時(shí)起點(diǎn),則打計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)小車位移大小為

cm。由圖3中小車運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)點(diǎn),求得加速度為

m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

6.20(6.15~6.25均可)1.7~2.1②利用圖1裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),需調(diào)整的是

。

A.換成質(zhì)量更小的小車B.調(diào)整長(zhǎng)木板的傾斜程度C.把鉤碼更換成砝碼盤和砝碼D.改變連接小車的細(xì)繩與長(zhǎng)木板的夾角BC(2)“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。①在該實(shí)驗(yàn)中,下列說(shuō)法正確的是

。

A.拉著細(xì)繩套的兩只彈簧測(cè)力計(jì),穩(wěn)定后讀數(shù)應(yīng)相同B.在已記錄結(jié)點(diǎn)位置的情況下,確定一個(gè)拉力的方向需要再選擇相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)C.測(cè)量時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)外殼與木板之間不能存在摩擦D.測(cè)量時(shí),橡皮條、細(xì)繩和彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)貼近并平行于木板D②若只有一只彈簧測(cè)力計(jì),為了完成該實(shí)驗(yàn)至少需要

(選填“2”“3”或“4”)次把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)。

3

而利用圖1裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)要保證所懸掛質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,即m?M;可知目前實(shí)驗(yàn)條件不滿足,所以利用當(dāng)前裝置在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時(shí),需將鉤碼更換成砝碼盤和砝碼,以滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所懸掛物體的質(zhì)量,故C正確;實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,需將連接砝碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長(zhǎng)木板始終保持平行,與之前的相同,故D錯(cuò)誤。故選BC。(2)①在不超出彈簧測(cè)力計(jì)的量程和橡皮條形變限度的條件下,使拉力適當(dāng)大些,不必使兩只彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)相同,故A錯(cuò)誤;在已記錄結(jié)點(diǎn)位置的情況下,確定一個(gè)拉力的方向需要再選擇相距較遠(yuǎn)的一個(gè)點(diǎn)就可以了,故B錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中拉彈簧測(cè)力計(jì)時(shí),只需讓彈簧與外殼間沒(méi)有摩擦,此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)即為彈簧對(duì)細(xì)繩的拉力,與彈簧測(cè)力計(jì)外殼與木板之間是否存在摩擦無(wú)關(guān),故C錯(cuò)誤;為了減小實(shí)驗(yàn)中摩擦對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,拉橡皮條時(shí),橡皮條、細(xì)繩和彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)貼近并平行于木板,故D正確。故選D。若只有一只彈簧測(cè)力計(jì),為了完成該實(shí)驗(yàn),用手拉住一條細(xì)繩,用彈簧測(cè)力計(jì)拉住另一條細(xì)繩,互成角度地拉橡皮條,使其結(jié)點(diǎn)達(dá)到某一點(diǎn)O,記下位置O和彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F1和兩個(gè)拉力的方向;交換彈簧測(cè)力計(jì)和手所拉細(xì)繩的位置,再次將結(jié)點(diǎn)拉至O點(diǎn),使兩力的方向與原來(lái)兩力方向相同,并記下此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F2;只有一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)將結(jié)點(diǎn)拉至O點(diǎn),并記下此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F的大小及方向;所以若只有一只彈簧測(cè)力計(jì),為了完成該實(shí)驗(yàn)至少需要3次把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉到O。4.(2022·廣東卷)某實(shí)驗(yàn)小組為測(cè)量小球從某一高度釋放,與某種橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失,設(shè)計(jì)了如圖(a)所示的裝置,實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:(1)讓小球從某一高度由靜止釋放,與水平放置的橡膠材料碰撞后豎直反彈。調(diào)節(jié)光電門位置,使小球從光電門正上方釋放后,在下落和反彈過(guò)程中均可通過(guò)光電門。(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)量小球的直徑,示數(shù)如圖(b)所示,小球直徑d=

mm。

(3)測(cè)量時(shí),應(yīng)

(選填“A”或“B”,其中A為“先釋放小球,后接通數(shù)字計(jì)時(shí)器”,B為“先接通數(shù)字計(jì)時(shí)器,后釋放小球”)。記錄小球第一次和第二次通過(guò)光電門的遮光時(shí)間t1和t2。

7.884B(4)計(jì)算小球通過(guò)光電門的速度,已知小球的質(zhì)量為m,可得小球與橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失ΔE=

(用字母m、d、t1和t2表示)。

(5)若適當(dāng)調(diào)高光電門的高度,將會(huì)

(選填“增大”或“減小”)因空氣阻力引起的測(cè)量誤差。

增大

專題集訓(xùn)(二十一)

力學(xué)實(shí)驗(yàn)1.(1)圖1是“探究小車加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)方案甲,圖2是改進(jìn)后的方案乙,兩方案中滑輪與細(xì)線間摩擦力,以及它們的質(zhì)量均不計(jì)。下列說(shuō)法正確的是

(多選)。

ABA.兩種方案均需要補(bǔ)償阻力B.兩種方案均需要讓牽引小車的細(xì)線跟軌道保持平行C.不斷增加槽碼質(zhì)量,兩種方案中小車的加速度大小均不可能超過(guò)重力加速度D.操作中,若有學(xué)生不小心先釋放小車再接通電源,得到的紙帶一定不可用(2)正確操作情況下,得到了一條紙帶如圖3所示,紙帶上各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間均有四個(gè)點(diǎn)跡,電源頻率為50Hz。①根據(jù)紙帶上所給數(shù)據(jù),計(jì)時(shí)器在打下計(jì)數(shù)點(diǎn)C時(shí)小車的速度大小vC=

m/s,小車的加速度大小a=

m/s2(以上結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)。

②可以判斷,該紙帶是由方案

(填“甲”“乙”或“甲、乙均有可能”)得到。

0.5342.00乙【解析】(1)兩種方案均需要補(bǔ)償阻力,選項(xiàng)A正確;兩種方案均需要讓牽引小車的細(xì)線跟軌道保持平行,選項(xiàng)B正確;不斷增加槽碼質(zhì)量,甲方案中小車的加速度不會(huì)超過(guò)重力加速度,乙方案中因小車的加速度等于槽碼加速度的2倍,則當(dāng)不斷增加槽碼質(zhì)量時(shí)小車的加速度大小可能超過(guò)重力加速度,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;用紙帶上的點(diǎn)來(lái)求解加速度,操作中,若有學(xué)生不小心先釋放小車再接通電源,若接通電源及時(shí),則得到的紙帶也可能可用,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選AB。

2.某同學(xué)借助如圖甲所示的DIS向心力實(shí)驗(yàn)器探究影響向心力大小的因素。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋臂繞豎直轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng),水平直桿一端固定在過(guò)豎直轉(zhuǎn)軸上的傳動(dòng)裝置上,豎直直桿(與豎直轉(zhuǎn)軸在同一豎直線上)連接傳動(dòng)裝置和力傳感器,力傳感器可以記錄水平直桿上的拉力在水平直桿上固定質(zhì)量為m的砝碼,在旋臂―端固定一圓柱狀擋光條。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),旋臂帶動(dòng)擋光條、砝碼一起繞豎直轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng),擋光條經(jīng)過(guò)光電門時(shí),光電門可以記錄擋光條經(jīng)過(guò)光電門的擋光時(shí)間。(1)本實(shí)驗(yàn)中用到的物理方法是 (

)A.微元法

B.控制變量法C.類比法

D.等效替代法(2)該同學(xué)測(cè)出擋光條的直徑d、擋光條中心到豎直轉(zhuǎn)軸的距離L,若擋光條經(jīng)過(guò)光電門的擋光時(shí)間Δt,則砝碼轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω=

(用題中物理量符號(hào)表示);

B

(3)在實(shí)驗(yàn)中,保持砝碼質(zhì)量不變,測(cè)出砝碼到豎直轉(zhuǎn)軸的距離r,改變砝碼轉(zhuǎn)動(dòng)的速度,記錄對(duì)應(yīng)的力傳感器示數(shù)F及擋光條的擋光時(shí)間Δt,作出對(duì)應(yīng)F-ω圖像;改變砝碼到豎直轉(zhuǎn)軸的距離r重復(fù)上述步驟,在同一坐標(biāo)系中分別得到圖乙中的①②③④⑤5條圖線。對(duì)5條圖線進(jìn)行分析研究可知圖線

(填①②③④或⑤)對(duì)應(yīng)的半徑r最大;

①(4)對(duì)圖線②的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,獲得了F-ω2圖像,該圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的直線,由此可得實(shí)驗(yàn)結(jié)論:_____________________________________________。

在誤差允許范圍內(nèi),當(dāng)m、r一定時(shí),F與ω2成正比

3.用圖甲所示的裝置“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”,主要步驟如下:(ⅰ)利用重垂線,記錄水平槽末端在白紙上的投影點(diǎn)O。(ⅱ)取兩個(gè)大小相同、質(zhì)量不同的小球1和2,并測(cè)出其質(zhì)量分別為m1=30g和m2=20g。(ⅲ)使小球1從斜槽上某一位置由靜止釋放,落在墊有復(fù)寫紙的白紙上留下痕跡,重復(fù)本操作多次。(ⅳ)把小球2放在水平槽的末端,小球1從原位置由靜止釋放,與小球2碰撞后,落在白紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡,重復(fù)本操作多次。(ⅴ)在白紙上確定平均落點(diǎn)的位置M、N、P。請(qǐng)完成下列內(nèi)容:

a

m1·OM+m2·OP45.001.6%(4)如圖甲,若實(shí)驗(yàn)小組在記錄投影點(diǎn)O后,由于失誤將白紙水平向右移動(dòng)了一段距離,再進(jìn)行步驟(ⅲ)(ⅳ)(ⅴ),則計(jì)算得到的碰撞前系統(tǒng)的總動(dòng)量

(選填“大于”“等于”或“小于”)碰撞后的總動(dòng)量。

大于

4.某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證牛頓第二定律。在一端有光滑定滑輪的長(zhǎng)木板上,安裝著兩光電門A和B,在小車上適當(dāng)高度設(shè)置遮光條,利用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d時(shí),其部分刻度如圖乙所示。實(shí)驗(yàn)的操作步驟如下:①用輕細(xì)線把小車和鉤碼通過(guò)定滑輪連接起來(lái),用墊木將長(zhǎng)木板有定滑輪的一端墊高成一定角度的斜面,使小車恰好能夠沿斜面勻速下滑;②取下全部鉤碼,打開光電門電源,釋放小車,測(cè)量、計(jì)算并記錄小車運(yùn)動(dòng)的加速度a和鉤碼的總質(zhì)量m;③增加鉤碼個(gè)數(shù),改變鉤碼總質(zhì)量,重復(fù)上述操作;④以a為縱坐標(biāo)、m為橫坐標(biāo),作出a-m圖線。(1)實(shí)驗(yàn)測(cè)得遮光條的寬度d=

mm;

(2)本實(shí)驗(yàn)中,如果作出a-m圖線是一條

(選