2013年高三力学实验专题.doc

2013年高三力学实验专题1为了测量两张纸之间的动摩擦因数，某同学设计了一个实验：如图7所示，在木块A和木板B上贴上待测的纸，B木板水平固定，砂桶通过细线与木块A相连，调节砂桶中砂的多少，使A匀速向左运动。测出砂桶和砂的总质量m，以及贴纸木块A的质量M，则两纸间的动摩擦因数=m/M。（1）该同学为什么要把纸贴在木块A和木板B上，而不直接测量两张纸间的滑动摩擦力？（2）在实际操作中，发现要保证木块A做匀速运动较困难，请你对这个实验作一改进来克服这一困难。你设计的改进方是： ；根据你的方案做实验，结果动摩擦因数的表达式是： ； 根据你的方案要添加的器材有 。答案：（1）两张纸的动摩擦力是很难测量的，很不方便而且误差很大。所以只能通过间接测量两张纸的动摩擦因素。（2）在实际操作中很难保证A做匀速运动，但知道物体A、B如果不做匀速运动就是做匀变速运动。所以我们可以在A的后面连接纸带和打点计时器，通过分析纸带求出物体的加速度，再根据牛顿运动定律解出动摩擦因素了。对于B来说，对于A物体来说，得到，。所以要添加的器材有纸带和打点计时器。2为了测定滑块与桌面之间的动摩擦因数，某同学设计了如图所示的实验装置。其中，a是质量为m的滑块（可视为质点），b是可以固定于桌面的滑槽（滑槽末端与桌面相切）。第一次实验时，将滑槽固定于水平桌面的右端，滑槽的末端与桌面的右端M对齐，让滑块a从滑槽上最高点由静止释放滑下，落在水平地面上的P点；第二次实验时，将滑槽沿桌面向左移动并固定，测出滑槽的末端N与桌面的右端M的距离为L，让滑块a再次从滑槽上最高点由静止释放滑下，落在水平地面上的P点。然后测得MO=2.5L，OP=3L，OP =2L。不计空气阻力。则滑块a与桌面间的动摩擦因数 = 答案：0.53. (1) 在一次探究活动中，某同学用如图（a）所示的装置测量铁块A与放在光滑水平桌面上的金属板B之间的动摩擦因数，已知铁块A的质量mA=1.5 kg，用水平恒力F向左拉金属板B，使其向左运动，弹簧秤示数的放大情况如图所示，则A、B间的动摩擦因数= （g=10 m/s2）来源:Zxxk.Com(2) 该同学还设计性地将纸带连接在金属板B的后面，通过打点计时器连续打下一些计时点，取时间间隔为0.1 s的几个点，如图（b）所示，各相邻点间距离在图中标出.则在打C点时金属板被拉动的速度v= m/s.（保留两位有效数字）【答案】（1） 0.3(2分) (2) 0.80(2分)4如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落利用此装置可以测定重力加速度。 通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度，为使图纸的斜率等于重力加速度，除作图象外，还可作 图象。利用此装置还可以完成力学中的什么实验 (答出一个即可)【答案】 (或)(2分)验证机械能守恒(或外力做功与物体动能变f：的关系)(2分)5（1）用平木板、细绳套、橡皮条、测力计等做“验证力的平行四边形法则”的实验，为了使实验能够顺利进行，且尽量减小误差，你认为下列说法或做法能够达到上述目的的是_A用测力计拉细绳套时，拉力应沿弹簧的轴线，且与水平木板平行B两细绳套必须等长C同一次实验两次拉细绳套须使结点到达同一位置D用测力计拉两个细绳套时，两拉力夹角越大越好（2）用如图实验装置验证m1 、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。下图给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。已知m1= 50g 、m2=150g ，则（g取10m/s2，结果保留两位有效数字）在纸带上打下记数点5时的速度v = m/s；在打点05过程中系统动能的增量EK = J，系统势能的减少量EP = J，由此得出的结论是 ；若某同学作出图像如图，则当地的实际重力加速度g = m/s2。【答案】（1）AC （2）2.4 0.58 ；0.60 ；在误差允许的范围内，m1 、m2组成的系统机械能守恒 9.76.(1)在做“验证机械能守恒定律”的实验时，实验小组A不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了,剩下的一部分纸带上各点间的距离如图所示的数值，已知打点计时器的周期为T =0.02s,重力加速度g =9.8 m/s2;重锤的质量为m,已知S1=0.98cm, S2=1.42cm, S3=1.78cm,则记录B点时重锤的动能EKB= J(写计算式字母表示),记录C点时重锤的动能EKC=0.32m J;重锤从B点到C点重力势能变化量是 J,动能变化量是 J.从而可以得出结论： .（2）在验证机械能守恒定律的实验中自由落下的重锤质量要大一些，这是为了减少 对实验的影响. 实验中 测定重锤的质量( 填“要”或“不要” ).实验小组C在验证机械能守恒定律的实验中发现,重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加,其原因主要是因为在重锤下落的过程中存在阻力作用,因此想到可以通过该实验装置测阻力的大小. 根据已知当地重力加速度公认的较准确的值为g, 电源的频率为f, 又测量出物理量 , .他（她）们用这些物理量求出了重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小F （用字母表示）. 答案：0.142m 0.14m 在实验误差范围内,只有重力做功时,物体的机械能守恒.空气阻力和打点计时器器对纸带的阻力不要相邻的两点间的位移S1 、S2 、S3、S4, 重锤的质量m , 7、某同学在应用打点计时器做验证机械能守恒定律实验中，获取一根纸带如图a所示，但测量发现0、1两点距离远大于2mm,且0、1和1、2间有点漏打或没有显示出来，而其他所有打点都是清晰完整的，现在该同学用刻度尺分别量出2、3、4、5、6、7六个点到0点的长度hi（i=2347），再分别计算得到3、4、5、6四个点的速度vi和vi2（i= 3456），已知打点计时器打点周期为T（1）（4分）该同学求6号点速度的计算式是：v6= （2）（6分）然后该同学将计算得到的四组（hi ，vi2 ）数据在v2- h坐标系中找到对应的坐标点，将四个点连接起来得到如图b所示的直线，请你回答：接下来他是如何判断重锤下落过程机械能守恒的？答： .答案：（1） （4分）（2） 根据机械能守恒定律，从0点到任意i点有 得到：， 关系是一条直线，斜率为2g，所以只要在直线上取相对较远两点，计算出斜率，与2g比较，在实验误差范围内相等即可。（6分） 8如图所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1m2，现要利用此装置验证机械能守恒定律(1)若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有_物块的质量m1、m2；物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；绳子的长度(2)为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出了以下建议：绳的质量要轻；在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；两个物块的质量之差要尽可能小以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_(在横线上填入选项前的编号)(3)写出一条上面没有提到的但对提高实验结果准确程度有益的建议： _【解析】(1)要验证机械能守恒定律，物体的质量、速度及变化高度都要测量，要测速度，时间是关键量，、选项测量一个即可，因此选或.(2)绳的质量在计算中不考虑，因此绳的质量要轻尽量保持在竖直方向运动，不要摇晃，因为计算的是竖直方向的速度，如果摇晃，水平方向有分速度，就有机械能损失绳子应适当长些，并不是越长越好，两个物块质量差要适当小些，不是尽可能小所以选.(3)实验中的测量、阻力、弹性势能都影响结果的准确程度，所以“对同一高度进行多次测量取平均值”“选取受力后相对伸长量小的绳”“绳和滑轮尽量光滑”对提高结果准确程度有益答案：(1)或(2)(3)对同一高度进行多次测量取平均值；或选取受力后相对伸长量尽量小的绳(或尽量减小滑轮的质量、对滑轮转动轴进行润滑、选择质量相对较大的物块A、B等)9为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置（如图所示）。实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力。（1）往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车 （选填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点。（2）从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：请根据实验数据作出小车的v-t图像。w w w.ks5 u .c om（3）通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据v-t图象简要阐述理由。答案：（1）之前 （2）（见右图）（3）同意 在v-t图象中，速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，则小车受空气阻力越大。10.某学校实验小组利用如图所示的实验装置来难钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。实验前先调整气垫导轨底座使之水平。利用游标卡尺测得遮光条的宽度为d。实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间为t。那么，在本次实验中还需要测量的物理量有钩码的质量m、_和_（文字说明并用相应的字母表示）。本实验通过比较_和_（用测量的物理量符号表示）在实验误差允许的范围内相等，就可以验证系统的机械能守恒。打点计时器实验小车接电源纸带带有定滑轮的长木板细线砂桶11某实验小组用如图所示的实验装置和实验器材做“探究恒力对小车做功与小车动能改变的关系”实验，在实验中，该小组同学把砂和砂桶的总重力当作小车受到的合外力。为了保证实验结果的误差尽量小，在实验操作中，下面做法必要的是_a实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作b实验操作时要先放小车，后接通电源c在利用纸带进行数据处理时，所选的两个研究点离得越近越好d在实验过程中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量除实验装置中的仪器外，还需要的测量仪器有 。如图为实验中打出的一条纸带，现选取纸带中的A、B两点来探究“恒力对小车做功与小车动能改变的关系”。已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g。图中已经标明了要测量的物理量，另外，小车的质量为M，砂和砂桶的总质量为m。请你把要探究的结果用题中给出的字母表达出来 【解析】（1）ad 刻度尺、天平 12“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图所示的甲或乙方案来进行(1)比较这两种方案，_(选填“甲”或“乙”)方案好些，理由是_(2)如图是该实验中得到的一条纸带，测得每两个测量点间的距离如图中所示，已知每两个测量点之间的时间间隔T0.1 s物体运动的加速度a_；该纸带是采用_(选填“甲”或“乙”)实验方案得到的，简要写出判断依据_(3)如图是采用甲方案时得到的一条纸带，在计算图中N点速度时，几位同学分别用下列不同的方法进行，其中正确的是()AvNgnT BvN CvN DvNg(n1)T【答案】(1)甲该方案摩擦阻力小，误差小，操作方便(2)4.83 m/s2乙因为物体的加速度比g小得多(3)BC13. “探究功与速度变化的关系”的实验装置如图所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W；当用2条、3条、4条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W、3W、4W每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出(1)关于该实验，下列说法正确的是_A打点计时器可以用干电池供电B实验仪器安装时，可以不平衡摩擦力C每次实验小车必须从同一位置由静止弹出D利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次作出Wvm、Wv、Wv，W2vm、W3vm的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系(2)如图给出了某次实验打出的纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带，测得A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为AB1.48 cm，BC1.60 cm，CD1.62 cm，DE1.62 cm；已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s，则小车获得的最大速度vm_m/s.(结果保留两位有效数字)解析(1)打点计时器必须用交流电，A项错误；实验仪器安装时，必须平衡摩擦力，B项错误；每次实验小车必须从同一位置由静止弹出，C项正确；根据所得数据分别作出橡皮筋所做的功W与小车获得的最大速度或小车获得的最大速度的平方、立方等图象，找出合力做的功与物体速度变化的关系，D项正确(2)小车获得的最大速度vm m/s0.81 m/s.答案(1)CD(2)0.8114图为验证牛顿第二定律的实验装置示意图图中打点计时器的电源为50 Hz的交流电源，打点的时间间隔用t表示在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来探究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”(1)完成下列实验步骤中的填空：平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列_的点按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m.按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤.在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点测量相邻计数点的间距s1、s2、.求出与不同m相对应的加速度a.以砝码的质量m为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上作出m关系图线若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则与m应成_关系(填“线性”或“非线性”)(2)完成下列填空：本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件