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=4B.钩码的个数 N1=3,N2=3,N3=4C.钩码的个数 N1=4,N2=4,N3=4D.钩码的个数 N1=3,N2=4,N3=6(2)在拆下钩码和绳子前,必须的一
2、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,由于三个共点力平衡,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
3、 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,F 3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
4、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. 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 4.003.一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
5、间隔均为 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,x 2+x3=0.12 m,则 v3= = m/s=0.12 2+32 0.1220.5m/s,又 x4+x5=0.24 m,则 v5= = m/s=0.24 m/s.其中 v-t 图4+52 0.2420.5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
6、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”或“没有”)必要用天平称出滑块和挡光条的总质量 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12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,
7、可判断滑块下滑过程中机械能守恒.102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+0.054)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12 gssin = ( )2,可见没有必要测量滑块和挡光条的总质量 M.(3)由12几何知识得 sin = ,当 s=s0,t=t0时有 = s0.001022020答案:(1)8.20 (2)没有 (3) s020205.(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
8、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.(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
9、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12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12 12 都由 P 释放,则每次弹簧弹性势能都相同,由能量转化和守恒可得,m( )2+mgx 1= m(
10、)2+mgx 2解得,=- ( ),又 =- ,12 1 12 2 221221122112211221 1则动摩擦因数为 = .22答案:(1)0.960 (2) m( )2 (3)12 226.(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
11、 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 ,动能的增加量表示为 .若系统机械能守恒,则 与 x 的关系式为 = (用题12 12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12力加速度 g0为 m/s2(计算结果保留 2 位有
12、效数字),若 g0与当地重力加速度 g 近似相等,则可验证系统机械能守恒. 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E p=m2gx-m1gxsin ,经过光电门时的速度为v= ,则动能的增加量为E k= (m1+m2)v2= (m1+m2)( )2;12 12 若系统机械能守恒,则有E p=E k,联立解得,= ;122(21)(1+2)2由上述公式可得,图像中的斜率 k= = ,代入2(21)(1+2)2 (
13、61)1030.40.1数据解得,g9.4 m/s 2;答案:(1)不正确 (2)E p=m2gx-m1gxsin Ek= (m1+m2)( )2 9.412 2(21)(1+2)27.(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. (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
14、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 x 1=x2-x1=17.92 cm-16.63 cm=1.29 cm;而 x 2=x3-x2=19.20 cm-17.92 cm=1.28 cm;那么在误差允许范围内,x 2-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内,x 2-x1与 x3-x2是否相等;(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.
15、64 m/s.若要得到此时圆盘的角速度,依2+32 17.92+19.2020.04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,x 2-x1与 x3-x2是否相等 (2)4.64 圆盘的半径8.(2017黑龙江哈尔滨三模)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(
16、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”) (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= kg m/s,碰后(m 1+m2)v= 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,0.105 00.1碰前的总动量为p1=m1v0=0.41.05 kgm/s=0.420 kg m/s;碰后共同速度 v= m/s=0.695 m/s.0.069 50.1碰后的总动量 p2=(m1+m2)v=0.60.695 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
