高考物理(四海八荒易錯集)專題13 力學(xué)實驗
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專題13 力學(xué)實驗 1.某同學(xué)利用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度,測量結(jié)果如圖(a)和(b)所示。該工件的直徑為________cm,高度為________mm。 (a) (b) 答案:1.220 6.861 2.Ⅰ.根據(jù)單擺周期公式T=2π,可以通過實驗測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。如圖甲所示,將細(xì)線的上端固定在鐵架臺上,下端系一小鋼球,就做成了單擺。 用游標(biāo)卡尺測量小鋼球直徑,示數(shù)如圖乙所示,讀數(shù)為________mm。 Ⅱ.在測定一根粗細(xì)均勻合金絲電阻率的實驗中,利用螺旋測微器測定合金絲直徑的過程如圖所示,校零時的讀數(shù)為________ mm,合金絲的直徑為________mm。 解析:Ⅰ.該游標(biāo)尺為十分度的,根據(jù)讀數(shù)規(guī)則可讀出小鋼球直徑大小。Ⅱ.由于螺旋測微器開始起點有誤差,估讀為0.007 mm,測量后要去掉開始誤差。 答案:Ⅰ.18.6?、?0.007 0.638 3.某同學(xué)利用如圖所示裝置研究小車的勻變速直線運動。 (1)實驗中,必需的措施是________。 A.細(xì)線必須與長木板平行 B.先接通電源再釋放小車 C.小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量 D.平衡小車與長木板間的摩擦力 (2)他實驗時將打點計時器接到頻率為50 Hz的交流電源上,得到一條紙帶,打出的部分計數(shù)點如圖所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點,圖中未畫出)。s1=3.59 cm,s2=4.41 cm,s3=5.19 cm,s4=5.97 cm,s5=6.78 cm,s6=7.64 cm。則小車的加速度a=________ m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù)),打點計時器在打B點時小車的速度vB=________ m/s。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) (2)由s4-s1=3aT2、s5-s2=3aT2、s6-s3=3aT2知加速度a==0.80 m/s2 打B點時小車的速度vB==0.40 m/s。 答案:(1)AB (2)0.80 0.40 4.用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。實驗所用的電源為學(xué)生電源,輸出電壓為6 V的交流電和直流電兩種。重錘從高處由靜止開始下落,重錘上拖著的紙帶打出一系列的點,對紙帶上的點痕進行測量,據(jù)此驗證機械能守恒定律。 (1)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟: A.按照圖示的裝置安裝器件; B.將打點計時器接到電源的“直流輸出”上; C.用天平測出重錘的質(zhì)量; D.釋放紙帶,立即接通電源開關(guān)打出一條紙帶; E.測量紙帶上某些點間的距離; F.根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能。 其中沒有必要進行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E是________。(將其選項對應(yīng)的字母填在橫線處) (2)在驗證機械能守恒定律的實驗中,若以v2為縱軸,以h為橫軸,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出v2h的圖像應(yīng)是____________,才能驗證機械能守恒定律;v2h圖像的斜率等于________的數(shù)值。 (2)利用v2h圖線處理數(shù)據(jù),物體自由下落過程中機械能守恒,mgh=mv2,即v2=gh,所以以v2為縱軸,以h為橫軸畫出的圖線應(yīng)是過原點的傾斜直線。那么v2h圖線的斜率就等于重力加速度g。 答案:(1)BCD (2)過原點的傾斜直線 重力加速度 5.某實驗小組采用如圖所示裝置探究做功與動能變化的關(guān)系。小車經(jīng)平衡摩擦力后,掛上橡皮筋,在橡皮筋的作用下小車彈出,脫離橡皮筋沿木板滑行。 (1)實驗時打點計時器與學(xué)生電源按圖連接,正確的連接是________(填“A”或“B”)。 (2)實驗中,甲、乙同學(xué)用兩種不同的方法來改變橡皮筋對小車所做的功。 甲同學(xué):改變相同橡皮筋的條數(shù),小車每次拉到同一位置釋放; 乙同學(xué):保持橡皮筋的條數(shù)不變,小車每次拉到不同位置釋放。 你認(rèn)為________(填“甲”或“乙”)同學(xué)的方法更合理。 (3)從釋放小車到剛脫離橡皮筋的過程,小車的運動可能是________。 A.勻加速運動 B.勻減速運動 C.加速度增大的加速運動 D.加速度減小的加速運動 (4)實驗中測得小車質(zhì)量為1.0 kg,某次實驗得到的紙帶及測量數(shù)據(jù)如圖所示,測得小車獲得的動能為______J(保留兩位有效數(shù)字)。打點計時器工作頻率為50 Hz。 (4)小車的末速度v= m/s=2 m/s,故小車獲得的動能Ek=mv2=2.0 J。 答案:(1)A (2)甲 (3)D (4)2.0 6.某同學(xué)用如圖甲所示的實驗裝置來“探究a與F、m之間的定量關(guān)系”。 (1)實驗時,必須先平衡小車與木板之間的摩擦力。該同學(xué)是這樣操作的:如圖乙,將小車靜止地放在水平長木板上,并連著已穿過打點計時器的紙帶,調(diào)整木板右端的高度,接通電源,用手輕撥小車,讓打點計時器在紙帶上打出一系列__________的點,說明小車在做__________運動。 (2)如果該同學(xué)先如(1)中的操作,平衡了摩擦力。以砂和砂桶的重力為F,在小車質(zhì)量M保持不變情況下,不斷往桶里加砂,砂的質(zhì)量最終達到M,測小車加速度a,作a F的圖像。如圖丙圖線正確的是__________。 (3)設(shè)紙帶上計數(shù)點的間距為s1和s2。如圖丁為用米尺測量某一紙帶上的s1、s2的情況,從圖中可讀出s1=3.10 cm,s2=__________ cm,已知打點計時器的頻率為50 Hz,由此求得加速度的大小a=__________ m/s2。 (2)如果這位同學(xué)先如(1)中的操作,已經(jīng)平衡摩擦力,則剛開始a F的圖像是一條過原點的直線,不斷往桶里加砂,砂的質(zhì)量最終達到M,不能滿足砂和砂桶的質(zhì)量遠遠小于小車的質(zhì)量,此時圖像發(fā)生彎曲,故C正確。 (3)由圖丁可讀得:s2=5.50 cm,由s2-s1=aT2,T=0.1 s,可得:a=2.40 m/s2。 答案:(1)點跡均勻 勻速直線 (2)C (3)5.50 2.40 7. 某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗。 (1)圖甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度,其示數(shù)為7.73 cm;圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度,此時彈簧的伸長量Δl為________ cm; (2)本實驗通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力,關(guān)于此操作,下列選項中規(guī)范的做法是______;(填選項前的字母) A.逐一增掛鉤碼,記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重 B.隨意增減鉤碼,記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重 (3)圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長量Δl與彈力F的關(guān)系圖線,圖線的AB段明顯偏離直線OA,造成這種現(xiàn)象的主要原因是____________________________________________。 8.某同學(xué)在做“驗證力的平行四邊形定則”實驗時,按如下步驟進行: ①在墻上貼一張白紙用來記錄彈簧測力計彈力的大小和方向。 ②在一個彈簧測力計的下端懸掛一裝滿水的水杯,記下平衡時彈簧秤的讀數(shù)F。 ③將一根大約30 cm長的細(xì)線從杯帶中穿過,再將細(xì)線兩端分別拴在兩個彈簧測力計的掛鉤上,在靠近白紙?zhí)幱檬謱ΨQ地拉開細(xì)線,使兩個彈簧測力計的示數(shù)相等,在白紙上記下細(xì)線的方向,彈簧測力計的示數(shù)如圖甲所示。 ④在白紙上按一定標(biāo)度作出兩個彈簧測力計的彈力的圖示,如圖乙所示,根據(jù)力的平行四邊形定則可求出這兩個力的合力F′。 (1)在步驟③中,彈簧秤的讀數(shù)為________ N。 (2)在步驟④中,合力F′=________ N。 (3)若________,就可以驗證力的平行四邊形定則。 (4)本實驗采用的科學(xué)方法是________。 A.理想實驗法 B.等效替代法 C.控制變量法 D.建立物理模型法 答案:(1)3.00 (2)5.2(5.0~5.4) (3)F′在豎直方向且數(shù)值與F近似相等 (4)B 9.某同學(xué)運用以下實驗器材,設(shè)計了一個碰撞實驗來尋找碰撞前后的守恒量,實驗器材有打點計時器、低壓交流電源(頻率為50 Hz)、紙帶、表面光滑的長木板、帶撞針的小車A、帶橡皮泥的小車B、天平。該同學(xué)經(jīng)過以下幾個步驟: A.用天平測出小車A的質(zhì)量mA=0.4 kg,小車B的質(zhì)量mB=0.2 kg。 B.更換紙帶重復(fù)操作三次。 C.小車A靠近打點計時器放置,在車后固定紙帶,把小車B放在長木板中間。 D.把長木板放在桌面上,在一端固定打點計時器,連接電源。 E.接通電源,并給A車一定的初速度vA。 (1)該同學(xué)正確的實驗步驟為_______________________________________________。 (2)打點計時器打下的紙帶中,比較理想的一條如圖所示,根據(jù)這些數(shù)據(jù)完成下表。 A車 B車 AB整體 質(zhì)量/kg 速度/(ms-1) mv mv2 (3)根據(jù)以上數(shù)據(jù)猜想守恒表達式為________。 解析:(1)ADCEB (2)碰撞前后為勻速直線運動,由紙帶上點跡分布求出速度。碰后小車A、B合為一體,求出兩車共同速度。注意打點計時器頻率為50 Hz,打點時間間隔為0.02 s,通過計算得下表。 A車 B車 AB整車 質(zhì)量/kg 0.4 0.2 0.6 速度/(ms-1) 3.0 0 2.0 7.5 0 3.3 mv 1.2 0 1.2 mv2 3.6 0 2.4 (3)由表中數(shù)據(jù)可看出在mv一行中數(shù)值相同,可猜想公式為mAvA+mBvB=(mA+mB)v。 答案:見解析 易錯起源1、基本儀器的使用和讀數(shù) 例1.圖甲為一游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)示意圖,當(dāng)測量一鋼筆帽的內(nèi)徑時,應(yīng)該用游標(biāo)卡尺的________(填“A”“B”或“C”)進行測量;示數(shù)如圖乙所示,該鋼筆帽的內(nèi)徑為________ mm。 答案:A 11.30(或11.25或11.35) 【變式探究】某同學(xué)利用螺旋測微器測量一金屬板的厚度。該螺旋測微器校零時的示數(shù)如圖(a)所示,測量金屬板厚度時的示數(shù)如圖(b)所示。圖(a)所示讀數(shù)為________ mm,圖(b)所示讀數(shù)為________ mm,所測金屬板的厚度為________ mm。 解析:圖(a):0 mm+0.01 mm1.0=0.010 mm;圖(b):6.5 mm+0.01 mm37.0=6.870 mm;故所測金屬板的厚度為6.870 mm-0.010 mm=6.860 mm。 答案:0.010 6.870 6.860 【名師點睛】 1.游標(biāo)卡尺的精度有三種,分別為0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm,讀數(shù)時要確認(rèn)是哪種精度的游標(biāo)卡尺。如診斷卷第1題為0.05 mm的游標(biāo)卡尺,診斷卷第2題為0.1 mm的游標(biāo)卡尺。 2.螺旋測微器讀數(shù)時,要注意固定刻度尺上的半刻度線是否露出及最后結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)。如診斷卷第1題,螺旋測微器半刻度線已露出,對齊格數(shù)應(yīng)讀36.1。 3.注意題目要求的單位是否為mm,若不是則先以mm為單位讀數(shù),然后再轉(zhuǎn)換為題目要求的單位。如診斷卷第1題,游標(biāo)卡尺的讀數(shù)要求以cm為單位,則先按mm為單位讀出12.20 mm,再轉(zhuǎn)換為1.220 cm。 4.螺旋測微器常有“零”誤差出現(xiàn),此時要注意測量的實際結(jié)果的修正方法。如診斷卷第2題,合金絲的直徑應(yīng)為右側(cè)讀數(shù)減去左側(cè)讀數(shù)。 【錦囊妙計,戰(zhàn)勝自我】 一、長度測量類儀器 1.游標(biāo)卡尺的讀數(shù) 游標(biāo)尺(mm) 精度 (mm) 測量結(jié)果(游標(biāo)尺上第n個刻線與主尺上的某刻度線對正時)(mm) 刻度 格數(shù) 刻度 總長度 每小格與 1毫米差 20 19 0.05 0.05 主尺上讀的毫米數(shù)+0.05 n 50 49 0.02 0.02 主尺上讀的毫米數(shù)+0.02 n 2.螺旋測微器的讀數(shù) 測量值=固定刻度整毫米數(shù)+半毫米數(shù)+可動刻度讀數(shù)(含估讀)0.01 mm。 二、時間測量類儀器 1.打點計時器 計時器種類 工作電源電壓 打點間隔 電磁打點計時器 交流50 Hz,4~6 V 0.02 s 電火花打點計時器 交流50 Hz,220 V 0.02 s 2.頻閃照相機 其作用和處理方法與打點計時器類似,它是用等時間間隔獲取圖像信息的方法,將物體在不同時刻的位置記錄下來,使用時要明確頻閃的時間間隔。 易錯起源2、 “紙帶”類實驗 例2.在“測定勻變速直線運動的加速度”的實驗中,用打點計時器記錄紙帶運動的時間,計時器所用電源的頻率為50 Hz,如圖所示是一次實驗得到的一條紙帶,紙帶上每相鄰的兩計數(shù)點間都有四個點未畫出,按時間順序取0、1、2、3、4、5、6七個計數(shù)點,用刻度尺量出1、2、3、4、5、6點到0點的距離分別為1.40 cm、3.55 cm、6.45 cm、10.15 cm、14.55 cm、19.70 cm。由紙帶數(shù)據(jù)計算可得計數(shù)點4所代表時刻的瞬時速度大小為v4=________ m/s,小車的加速度大小a=______ m/s2。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 答案:0.405 0.756 【變式探究】如圖甲所示,為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗裝置,該裝置依靠電子信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a的信息,由計算機繪制出a與鉤碼重力的關(guān)系圖。鉤碼的質(zhì)量為m,小車和砝碼的質(zhì)量為M,重力加速度為g。 (1)下列說法正確的是________。 A.每次在小車上加減砝碼時,應(yīng)重新平衡摩擦力 B.實驗時若用打點計時器應(yīng)先釋放小車后接通電源 C.本實驗m應(yīng)遠小于M D.在用圖像探究加速度與質(zhì)量關(guān)系時,應(yīng)作a 圖像 (2)實驗時,某同學(xué)由于疏忽,遺漏了平衡摩擦力這一步驟,他作出的a F圖可能是圖乙中________(選填“甲”“乙”“丙”)圖線。此圖線的AB段明顯偏離直線,造成此誤差的主要原因是________。 A.小車與軌道之間存在摩擦 B.導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài) C.鉤碼的總質(zhì)量太大 D.所用小車的質(zhì)量太大 (3)實驗時,某同學(xué)遺漏了平衡摩擦力這一步驟,其他操作均正確,若軌道水平,他測量得到的圖像如圖丙。設(shè)圖中縱軸上的截距為-b,則小車與木板間的動摩擦因數(shù)μ=________。 (2)遺漏了平衡摩擦力這一步驟,就會出現(xiàn)當(dāng)有拉力時,物體不動的情況,說明沒有平衡摩擦力或平衡不夠。故可能作出圖乙中丙。此圖線的AB段明顯偏離直線,造成此誤差的主要原因是鉤碼的總質(zhì)量太大,沒有遠小于小車和砝碼的質(zhì)量,故選C。 (3)根據(jù)牛頓第二定律可知,mg-μMg=Ma; 結(jié)合a 圖像,可得:a=mg-μg 設(shè)圖中直線的斜率為k,在縱軸上的截距為-b, 因此小車與木板間的動摩擦因數(shù)μ=。 答案:(1)C (2)丙 C (3) 【名師點睛】 1.利用紙帶求物體的速度、加速度時要注意以下三點: (1)計數(shù)點間的時間間隔,是0.02 s,還是0.02 sn。如診斷卷第3題,兩計數(shù)點間有4個點未畫出,則T=0.02 s5=0.1 s。 (2)注意點間距的單位和題目中要求的a、v單位是否一致。如診斷卷第3題中,s1→s6的單位均為cm,而a、v的要求單位分別為m/s2、m/s,因此,應(yīng)將s1→s6的單位轉(zhuǎn)變?yōu)閙。診斷卷第5題和第6題也有同樣的問題。 (3)注意計算加速度公式的選取。如診斷卷第6題,只有兩段位移s1、s2,應(yīng)選用s2-s1=aT2計算加速度;而診斷卷第3題,有六段位移,應(yīng)選用a=計算加速度。 2.平衡摩擦力的目的與方法 (1)目的:在探究做功與動能變化的關(guān)系時,為了使橡皮筋對小車所做的功為總功,應(yīng)平衡小車的摩擦力,如診斷卷第5題;在探究a與F、m的定量關(guān)系的實驗中,平衡摩擦力的目的是為使細(xì)線的拉力作為小車的合外力,如診斷卷第6題。 (2)方法:不掛橡皮筋或小砂桶的情況下,給小車一初速度,小車下滑時紙帶上所打的點間距相等,小車做勻速運動。 3.a(chǎn)F圖像發(fā)生彎曲的原因分析 由a==F可知,隨著m的增大,當(dāng)不滿足M?m時,aF圖線的斜率逐漸減小,如診斷卷第6題。 【錦囊妙計,戰(zhàn)勝自我】 1.由紙帶確定時間 要區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點之間的區(qū)別與聯(lián)系,為便于測量和計算,一般每五個點取一個計數(shù)點,這樣時間間隔為Δt=0.025 s=0.1 s。 2.求瞬時速度 做勻變速運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度。如圖所示,求紙帶上某一點的瞬時速度,只需在這一點的前后各取相同時間間隔T的兩段位移xn和xn+1,則打n點時的速度vn=。 3.求加速度 (1)利用a=求解:在已經(jīng)判斷出物體做勻變速直線運動的情況下可利用Δx=xn+1-xn=aT2求加速度a。 (2)逐差法: 如圖所示,由xn-xm=(n-m)aT2 可得:a1=,a2=,a3=, 所以a== (3)兩段法:把圖中x1、x2、x3、x4、x5、x6分成時間相等(均為3T)的兩大段,則由x Ⅱ-x Ⅰ=aT2得:(x4+x5+x6)-(x1+x2+x3)=a(3T)2,解出的a與上面逐差法結(jié)果相等,但卻要簡單得多。 (4)圖像法: ①由vn=,求出相應(yīng)點的速度。 ②確定各計數(shù)點的坐標(biāo)值(v1,T)、(v2,2T)、…(vn,nT)。 ③畫出v t圖像,圖線的斜率為物體做勻變速直線運動的加速度。 易錯起源3、 “彈簧”“橡皮條”類實驗 例3.在“探究彈力和彈簧伸長關(guān)系”的實驗中,某實驗小組將不同數(shù)量的鉤碼分別掛在豎直彈簧下端,進行測量,根據(jù)實驗所測數(shù)據(jù),利用描點法作出了所掛鉤碼的重力G與彈簧總長L的關(guān)系圖像,根據(jù)圖像回答以下問題。 (1)彈簧的原長為________。 (2)彈簧的勁度系數(shù)為________。 (3)分析圖像,總結(jié)出彈力F跟彈簧長度L之間的關(guān)系式為________。 解析:(1)根據(jù)胡克定律G=F=k(L-L0),由此可知G L圖像的橫軸截距為L0,故由題圖可知L0=10 cm。當(dāng)所掛鉤碼的重力G為0時,彈簧的拉力也為0,此時彈簧長度即為原長,所以彈簧的原長為10 cm。 (2)根據(jù)G=k(L-L0)可知,G L圖像的斜率大小等于彈簧的勁度系數(shù)大小,由題圖求出勁度系數(shù)為k=1 000 N/m。 (3)彈力F跟彈簧長度L之間的關(guān)系式為F=1 000L-100(N)。 答案:(1)10 cm (2)1 000 N/m (3)F=1 000L-100 (N) 【變式探究】某同學(xué)通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則。 實驗步驟: ①將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上,使其軸線沿豎直方向。 ②如圖甲所示,將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上,另一端用圓珠筆尖豎直向下拉,直到彈簧秤示數(shù)為某一設(shè)定值時,將橡皮筋兩端的位置標(biāo)記為O1、O2,記錄彈簧秤的示數(shù)F,測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長度l)。每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50 N,測出所對應(yīng)的l,部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示: F/N 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 l/cm l0 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05 ③找出②中F=2.50 N時橡皮筋兩端的位置,重新標(biāo)記為O、O′,橡皮筋的拉力記為FO O′。 ④在秤鉤上涂抹少許潤滑油,將橡皮筋搭在秤鉤上,如圖乙所示。用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時拉橡皮筋的兩端,使秤鉤的下端達到O點,將兩筆尖的位置標(biāo)記為A、B,橡皮筋OA段的拉力記為FOA,OB段的拉力記為FOB。 完成下列作圖和填空: (1)利用表中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫出Fl圖線,根據(jù)圖線求得l0=________cm。 (2)測得OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,則FOA的大小為________N。 (3)根據(jù)給出的標(biāo)度,在圖中作出FOA和FOB的合力F′的圖示。 (4)通過比較F′與________的大小和方向,即可得出實驗結(jié)論。 解析:(1)在坐標(biāo)系中描點,用平滑的曲線(直線)將各點連接起來,不在直線上的點均勻分布在直線的兩側(cè)。如圖甲所示,由圖線可知與橫軸的交點l0=10.0 cm。 (4)FO O′的作用效果和FOA、FOB兩個力的作用效果相同,F(xiàn)′是FOA、FOB兩個力的合力,所以只要比較F′和FO O′的大小和方向,即可得出實驗結(jié)論。 答案:(1)如圖甲所示 10.0(9.8、9.9、10.1均正確) (2)1.80(1.70~1.90均正確) (3)如圖乙所示 (4)FO O′ 【名師點睛】 1.刻度尺及彈簧測力計的讀數(shù) (1)以mm為最小刻度值的刻度尺,要估讀到mm的十分位,如診斷卷第7題,甲的讀數(shù)為7.73 cm,乙的讀數(shù)為14.66 cm。 (2)彈簧測力計讀數(shù)時要先看量程和分度值,再根據(jù)指針?biāo)傅奈恢米x出所測力的大小。如分度值為0.1 N,則要估讀,即有兩位小數(shù),如分度值為0.2 N,則小數(shù)點后只能有一位小數(shù)。如診斷卷第8題,彈簧測力計的讀數(shù)為3.00 N。 2.Fx和Fl圖像的特點 (1)Fx為一條過原點的直線,而Fl為一條傾斜直線但不過原點。 (2)Fx圖線和Fl圖線的斜率均表示彈簧(或橡皮筋)的勁度系數(shù)。 (3)Fl圖線在l軸的截距表示彈簧(或橡皮筋)的原長。 (4)Fx和Fl圖線發(fā)生彎曲的原因是彈簧(或橡皮筋)超出了彈性限度。如診斷卷第7題的第(3)問。 3.在驗證力的平行四邊形定則的實驗中,利用平行四邊形定則求得的合力與測得的合力一般不完全重合。 【錦囊妙計,戰(zhàn)勝自我】 1.探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系的操作關(guān)鍵 (1)實驗中不能掛過多的鉤碼,防止彈簧超過彈性限度。 (2)畫圖像時,不要連成“折線”,而應(yīng)盡量讓坐標(biāo)點落在直線上或均勻分布在直線兩側(cè)。 2.驗證力的平行四邊形定則的操作關(guān)鍵 (1)每次拉伸結(jié)點位置O必須保持不變。 (2)記下每次各力的大小和方向。 (3)畫力的圖示時應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)度。 1.小剛同學(xué)用如圖所示的實驗裝置研究“機械能守恒定律”,他進行如下操作: ①用天平測出小球的質(zhì)量為0.50 kg; ②用游標(biāo)卡尺測出小球的直徑為10.0 mm; ③用刻度尺測出小球球心到光電門的距離為82.05 cm; ④電磁鐵先通電,讓小球吸在其下端; ⑤電磁鐵斷電時,小球自由下落; ⑥在小球通過光電門時,計時裝置記下小球通過光電門所用的時間為2.5010-3 s,由此可算出小球通過光電門的速度。 (1)由以上測量數(shù)據(jù)可計算得出小球重力勢能的減少量ΔEp=________J,小球動能的變化量ΔEk=________ J。(g取9.8 m/s2,結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) (2)從實驗結(jié)果中發(fā)現(xiàn)ΔEp________(選填“稍大于”“稍小于”或“等于”)ΔEk,試分析可能的原因:________________________。 (2)從實驗結(jié)果中發(fā)現(xiàn)ΔEp稍大于ΔEk,可能的原因是空氣阻力的影響。 答案:(1)4.02 4.00 (2)稍大于 空氣阻力的影響 2.如圖為用拉力傳感器和速度傳感器探究“加速度與物體受力的關(guān)系”實驗裝置。用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小,在長木板上相距為L=48.0 cm的A、B兩點各安裝一個速度傳感器,分別記錄細(xì)線拉力和小車到達A、B時的速率。 (1)本實驗有關(guān)的說法正確的是( ) A.兩速度傳感器之間的距離應(yīng)適當(dāng)遠些 B.要調(diào)整長木板的傾斜角度,平衡小車受到的摩擦力 C.應(yīng)先釋放小車,再接通速度傳感器的電源 D.改變所掛鉤碼的數(shù)量時,要使所掛鉤碼的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量 E.不必用天平測出小車和車上的拉力傳感器的總質(zhì)量 (2)某同學(xué)在表中記錄了實驗測得的幾組數(shù)據(jù),vB2-vA2是兩個速度傳感器記錄速率的平方差,則加速度的表達式為a=__________,表中第3次實驗缺失的數(shù)據(jù)是__________m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字); 次數(shù) F(N) vB2-vA2(m2/s2) a(m/s2) 1 0.60 0.77 0.80 2 1.04 1.61 1.68 3 1.42 2.34 4 2.00 3.48 3.63 5 2.62 4.65 4.84 6 3.00 5.49 5.72 (3)表中a與F并不成正比,這是由于__________(填寫“平衡摩擦力不足”或“平衡摩擦力過度”)造成的。 (2)根據(jù)勻變速直線運動的位移與速度公式:v2-v02=2ax可以求出:a=,帶入數(shù)據(jù)解得:a=2.44 m/s2。 (3)表中a與F并不成正比,這是由于平衡摩擦力不足造成的。 答案:(1)ABE (2) 2.44 (3)平衡摩擦力不足 3.為了測量木塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ,某小組使用DIS位移傳感器設(shè)計了如圖甲所示實驗裝置,讓木塊從傾斜木板上一點A由靜止釋放,位移傳感器可以測出木塊到傳感器的距離。位移傳感器連接計算機,描繪出滑塊相對傳感器的位移x隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示。 (1)根據(jù)上述圖線,計算0.4 s時木塊的速度v=__________m/s,木塊加速度a=________m/s2(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)。 (2)為了測定動摩擦因數(shù)μ,還需要測量的量是________________ (已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭);得出μ的表達式是μ=________。 (2)選取木塊為研究的對象,木塊沿斜面方向受力:ma=mgsin θ-μmgcos θ得:μ=,所以要測定動摩擦因數(shù),還需要測出斜面的傾角θ。 答案:(1)0.40 1.0 (2)斜面傾角θ(或A點的高度h、底邊長度d、斜面長度L等) 4.如圖甲所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實驗裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個光電門B,滑塊上固定一遮光條,滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連,傳感器下方懸掛鉤碼,每次滑塊及遮光條都從位置A處由靜止釋放。 (1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d,如圖乙所示,則d=__________ mm。 (2)實驗時,將滑塊從A位置由靜止釋放,由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t,若要得到滑塊的加速度,還需要測量的物理量是________________。 (3)改變鉤碼質(zhì)量,讀出對應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過光電門的時間t,該同學(xué)已經(jīng)將實驗中的數(shù)據(jù)描入了圖丙所示F坐標(biāo)系中,請用平滑的曲線將各點連接起來。 (4)若圖丙中所作的F圖像的斜率為k,設(shè)AB間的距離為L,當(dāng)遮光條的寬度為d時,則滑塊和遮光條的總質(zhì)量為M=________。 (3)如圖所示 (4)由題意可知,該實驗中保持小車質(zhì)量M不變,因此有:v2=2aL,v=,a= 可得:=2L, 解得:M==。 答案:(1)2.25 (2)遮光條到光電門的距離L (3)見解析圖 (4) 5.用如圖所示的裝置測量彈簧的彈性勢能。將彈簧放置在水平氣墊導(dǎo)軌上,左端固定,右端在O點;在O點右側(cè)的B、C位置各安裝一個光電門,計時器(圖中未畫出)與兩個光電門相連。先用米尺測得B、C兩點間距離s,再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置A,靜止釋放,計時器顯示遮光片從B到C所用的時間t,用米尺測量A、O之間的距離x。 (1)計算滑塊離開彈簧時速度大小的表達式是________。 (2)為求出彈簧的彈性勢能,還需要測量________。 A.彈簧原長 B.當(dāng)?shù)刂亓铀俣? C.滑塊(含遮光片)的質(zhì)量 (3)增大A、O之間的距離x,計時器顯示時間t將________。 A.增大 B.減小 C.不變 答案:(1)v= (2)C (3)B 6.現(xiàn)利用如圖(a)所示的裝置驗證動量守恒定律。在圖中,氣墊導(dǎo)軌上有A、B兩個滑塊,滑塊A右側(cè)帶有一彈簧片,左側(cè)與打點計時器(圖中未畫出)的紙帶相連;滑塊B左側(cè)也帶有一彈簧片,上面固定一遮光片,光電計時器(未完全畫出)可以記錄遮光片通過光電門的時間。 實驗測得滑塊A的質(zhì)量m1=0.310 kg,滑塊B的質(zhì)量m2=0.108 kg,遮光片的寬度d=1.00 cm;打點計時器所用交流電的頻率f=50.0 Hz。 將光電門固定在滑塊B的右側(cè),啟動打點計時器,給滑塊A一向右的初速度,使它與B相碰。碰后光電計時器顯示的時間為ΔtB=3.500 ms,碰撞前后打出的紙帶如圖(b)所示。 若實驗允許的相對誤差絕對值最大為5%,本實驗是否在誤差范圍內(nèi)驗證了動量守恒定律?寫出運算過程。 解析:按定義,滑塊運動的瞬時速度大小 v=① 式中Δs為滑塊在很短時間Δt內(nèi)走過的路程。 設(shè)紙帶上打出相鄰兩點的時間間隔為ΔtA,則 ΔtA==0.02 s② ΔtA可視為很短。 設(shè)兩滑塊在碰撞前、后的總動量分別為p和p′,則 p=m1v0⑦ p′=m1v1+m2v2⑧ 兩滑塊在碰撞前后總動量相對誤差的絕對值為 δp=100%⑨ 聯(lián)立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有關(guān)數(shù)據(jù),得 δp=1.7%<5%⑩ 因此,本實驗在允許的誤差范圍內(nèi)驗證了動量守恒定律。 答案:見解析 7.為了測量小滑塊與水平桌面間的動摩擦因數(shù),某小組設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置,其中擋板可固定在桌面上,輕彈簧左端與擋板相連,圖中桌面高為h,O1、O2、A、B、C點在同一水平直線上。已知重力加速度為g,空氣阻力可忽略不計。 實驗過程一:擋板固定在O1點,推動滑塊壓縮彈簧,滑塊移到A處,測量O1A的距離,如圖甲所示?;瑝K由靜止釋放,落在水平面上的P點,測出P點到桌面右端的水平距離為x1。 實驗過程二:將擋板的固定點移到距O1點距離為d的O2點,如圖乙所示,推動滑塊壓縮彈簧,滑塊移到C處,使O2C的距離與O1A的距離相等。滑塊由靜止釋放,落在水平面上的Q點,測出Q點到桌面右端的水平距離為x2。 (1)為完成本實驗,下列說法中正確的是________。 A.必須測出小滑塊的質(zhì)量 B.必須測出彈簧的勁度系數(shù) C.彈簧的壓縮量不能太小 D.必須測出彈簧的原長 (2)寫出動摩擦因數(shù)的表達式μ=________。(用題中所給物理量的符號表示) (3)小紅在進行實驗過程二時,發(fā)現(xiàn)滑塊未能滑出桌面。為了測量小滑塊與水平桌面間的動摩擦因數(shù),還需測量的物理量是___________________________________________。 (4)某同學(xué)認(rèn)為,不測量桌面高度,改用秒表測出小滑塊從飛離桌面到落地的時間,也可測出小滑塊與水平桌面間的動摩擦因數(shù)。此實驗方案________。(選填“可行”或“不可行”) 解析:(1、2)滑塊離開桌面后做平拋運動,平拋運動的時間:t= 滑塊飛行的距離:x=vt 所以滑塊第1次離開桌面時的速度:v1=x1 ① 滑塊第2次離開桌面時的速度:v2=x2 ② 滑塊第1次滑動的過程中,彈簧的彈力和摩擦力做功,設(shè)彈簧做的功是W1,AB之間的距離是x,則:W1-μmgx=mv12③ 滑塊第2次滑動的過程中,W1-μmg(x+d)=mv22④ 聯(lián)立①②③④可得:μmgd=m(v12-v22) 即:μ=可知,要測定動摩擦因數(shù),與彈簧的長度、彈簧的勁度系數(shù)、以及滑塊的質(zhì)量都無關(guān)。要想讓滑塊順利滑出桌面,彈簧的壓縮量不能太小。故C正確。 答案:(1)C (2) (3)滑塊停止滑動的位置到B點的距離 (4)不可行- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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