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专题二 力学实验 专题二 力学实验1、速度随时间的变化规律与加速度与物体质量、物体受力的关系例1某同学设计了一个“探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系”实验如图a为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有砝码的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于砝码和小桶的总重量，小车运动加速度a可用纸带上点求得DBAC图(a)aABEDC6.196.707.217.72单位：cm图(b)a图(c)（1）图（b）为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s2（保留二位有效数字）（2）在“探究加速度与质量的关系”时，保持砝码和小桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m数据如下表：次 数123456789小车加速度a/ms21.981.721.481.251.000.750.480.500.30小车质量m/kg0.250.290.330.400.500.710.751.001.67图(d)Fa0根据上表数据，为直观反映F不变时a与m的关系，请在图c方格坐标纸中选择恰当物理量建立坐标系，并作出图线（如有需要，可利用上表中空格）（3）在“探究加速度与力的关系”时，保持小车的质量不变，改变小桶中砝码的质量，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F图线如图d，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因答：例（09年全国卷）某同学为了探究物体在斜面上的运动时摩擦力与斜面倾角的关系，设计实验装置如图。长直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物块上。在平板上标出A、B两点，B点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间。实验步骤如下：用游标卡尺测量滑块的挡光长度d，用天平测量滑块的质量m；用直尺测量AB之间的距离s，A点到水平桌面的垂直距离h1，B点到水平桌面的垂直距离h2；将滑块从A点静止释放，由光电计时器读出滑块的挡光时间t1重复步骤数次，并求挡光时间的平均值；利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值；多次改变斜面的倾角，重复实验步骤，做出f-关系曲线。（1）用测量的物理量完成下列各式（重力加速度为g）：斜面倾角的余弦= ；滑块通过光电门时的速度v= ；滑块运动时的加速度a= ；滑块运动时所受到的摩擦阻力f= ；（2）测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图所示，读得d= 。2、验证机械能守恒定律例与打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况时的常用计时仪器，如图甲所示，a、b 分别是光电门的激光发射和接收装置。现利用如图乙所示的装置验证机械能守恒定律。方法是：在滑块上安装一遮光板，把滑块放在水平放置的气垫导轨上，通过跨过定滑轮的细绳与钩码相连，连接好1、2两个光电门，在图示位置释放滑块后，光电计时器记录下滑块上的遮光板先后通过两个光电门的时间分别为、。已知滑块（含遮光板）质量为M、钩码质量为m、两光电门间距为S、遮光板宽度为L、当地的重力加速度为g。甲01201020102丙（1）用游标卡尺测量遮光板宽度，刻度如图丙所示，读数为_mm；（2）计算滑块先后通过两个光电门时的瞬时速度的表达式为：(用题中给定字母表示)_、_；（3）本实验中，验证机械能守恒的表达式为 。(用题中给定字母表示)例. （09年天津卷）（3）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和速度。 所需器材有打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需 （填字母代号）中的器材。A.直流电源、天平及砝码 B.直流电源、毫米刻度尺C.交流电源、天平及砝码 D.交流电源、毫米刻度尺 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。为使图线的斜率等于重力加速度，除作v-t图象外，还可作 图象，其纵轴表示的是 ，横轴表示的是 。例在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图。其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,并记录在图中(单位cm)。 这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_段 ,应记作_cm。该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的瞬时速度，则该段重锤重力势能的减少量为_，而动能的增加量为_，(均保留3位有效数字，重锤质量用m表示).这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量_动能的增加量，原因是_。另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，不过他数了一下：从打点计时器打下的第一个点O数起，图中的B是打点计时器打下的第9个点。因此他用vB=gt计算跟B点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量为_，这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量_动能的增加量,原因是_。3、力的合成和分解 力的平行四边形定则例（09年山东卷）请完成以下两小题。（1）某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小事物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉字，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第二条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细胞挂一重物。为完成实验，下述操作中必需的是 。a测量细绳的长度b测量橡皮筋的原长c测量悬挂重物后像皮筋的长度d记录悬挂重物后结点O的位置钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次实验证，可采用的方法是 专题训练：1现要验证“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”这一物理规律。给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面（如图）、小车、计时器一个、米尺、天平、砝码、钩码若干。实验步骤如下（不考虑摩擦力的影响），在空格中填入适当的公式或文字。（1）用天平测出小车的质量m（2）让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2，记下所用的时间t。（3）用米尺测量A1与A2之间的距离s。则小车的加速度a 。（4）用米尺测量A1相对于A2的高度h。则小车所受的合外力F 。（5）在小车中加钩码，用天平测出此时小车与钩码的总质量m，同时改变h，使m与h的乘积不变。测出小车从A1静止开始下滑到斜面底端A2所需的时间t。请说出总质量与高度的乘积不变的原因_。（6）多次测量m和t，以m为横坐标，t2为纵坐标，根据实验数据作图。如能得到一条_线，则可验证“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”这一规律。12PKQN2像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常见计时仪器，每个光电门都是由激光发射和接收装置组成。当有物体从光电门通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。现利用如图所示装置设计一个“探究物体运动的加速度与合外力、质量关系”的实验，图中NQ是水平桌面、PQ是一端带有滑轮的长木板，1、2是固定在木板上间距为的两个光电门（与之连接的两个光电计时器没有画出）。小车上固定着用于挡光的窄片K，让小车从木板的顶端滑下，光电门各自连接的计时器显示窄片K的挡光时间分别为t1和t2。 (1)用游标卡尺测量窄片K的宽度(如图)d= m（已知d），光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为t1=2.5010-2s、t2=1.2510-2s；Fa0 (2)用米尺测量两光电门的间距为l，则小车的加速度表达式a= （各量均用(1)(2)里的已知量的字母表示）；(3)该实验中，为了把砂和砂桶拉车的力当作小车受的合外力，就必须平衡小车受到的摩擦力，正确的做法是_ _； (4)某位同学通过测量，把砂和砂桶的重量当作小车的合外力F，作出a-F图线。如图中的实线所示。试分析：图线不通过坐标原点O的原因是 ；曲线上部弯曲的原因是 .3（1）用游标卡尺测量某一工件的长度，如右图所示，读得长度L= cm。（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，是质量为的滑块（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，将滑槽固定于水平桌面的左端，测出滑槽的末端N与桌面的右端M的距离为L，让滑块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。已知当地重力加速度为g，不计空气阻力。实验还需要测量的物理量（用文字和字母表示）： 。写出滑块与桌面间的动摩擦因数的表达式是（用测得的物理量的字母表示）：= 。4用铁架台将长木板倾斜支在水平桌面上，组成如图甲所示装置（示意图），测量木块沿斜面下滑的加速度。所提供的仪器有长木板、木块、打点计时器（含纸带）、学生电源、米尺、铁架台及导线、开关等。图乙是打点计时器打出的一条纸带，纸带旁还给出了最小刻度为1mm的刻度尺，刻度尺的零点与O点对齐。打点计时器所用交流电源的频率是50Hz，相邻计数点间还有四个打点未标出。计数点C到O点的距离是_ _m。根据纸带可以计算出木块下滑的加速度a的大小是 m/s2（保留3位有效数字）。为了测定木块与长木板间的动摩擦因数，利用上述器材还需要测量的物理量有(指出物理量的名称) 。5、（09年上海物理）17（6分）如图为“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验装置。（1）在该实验中必须采用控制变量法，应保持_不变，用钩码所受的重力作为_，用DIS测小车的加速度。（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线（如上图所示）。分析此图线的OA段可得出的实验结论是_。（单选题）此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是A小车与轨道之间存在摩擦B导轨保持了水平状态C所挂钩码的总质量太大D所用小车的质量太大6（南京市2010年量调研）（8分）用如图甲所示的实验装置验证机械能定恒定律。重锤由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律。 （1）下面列举了该实验的几个操作步骤：A按照图示装置安装好器材B将打点计时器接到直流电源上C先松开悬挂纸带的夹子，后接通电源打出一条纸带D根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填写在下面的空行内 （2）利用这个装置可以测量下落的加速度的数值。如图乙所示，根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测量出A点距打下的第一个点O距离为s0，点A、C间的距离为s1、点C、E间的距离为s2，使用交流电的频率为f，则根据这些条件计算重锤下落的加速度的表达式为a= ，打点C时重锤的速度v= 。7（无锡市2010年量调研）（10分）某同学利用如图甲的实验装置测量重力加速度。 （1）该同学开始实验时情形如图甲所示，接通电源释放纸带。请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方： ； 。 （2）该同学经修改错误并正确操作后得到如图乙所示的纸带，取连续六个点A、B、C、D、E、F为计数点，测得A点到B、C、D、E、F的距离分别为。若打点的频率为，则打E点时重物的速度表达式= ；若分别计算出各计数点的速度值，并画出速度的二次方与对应重物下落的距离的关系如图丙所示，则重力加速度g= m/s2。 （3）若当地的重力加速度值,你认为该同学测量值存在偏差的主要原因是 。8（南通市2010届高三第一次模拟考试）（10分）（1）如图所示，游标卡尺的示数为 cm；螺旋测微器的示数为 mm第10(1)题图302535 （2）某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律该同学经正确操作得到打点纸带，在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点，依次为1、2、3、4、5、6、7，测量各计数点到第一个打点的距离h，并正确求出打相应点时的速度v各计数点对应的数据见下表：计数点1234567h(m)0.1240.1940.2790.3800.4970.6300.777v(m/s)1.942.332.733.133.50v2(m2/s2)3.765.437.459.8012.3请在图乙坐标中，描点作出v2h图线；由图线可知，重锺下落的加速度g= m/s2（保留三位有效数字）；若当地的重力加速度g= 9.80m/s2，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的重锺机械能守恒的依据是 打点计时器学生电源交流 直流第10 (2) 题图甲h/mv2/(ms-1) 2 15.0 0 10.05.0 0.20 0.40 0.80 0.60第10(2)题图乙学后反思：参考答案：例题1解：2.98cm 6.170cm 1.050cm(4)0.642mm (5)10.294mm7.（2.15，10.5. 0.18 ， 0.80.）（86.3）例题2. OA时间段的平均速度；A时刻的瞬时速度。例题3.（1）a=3.2m/s2（3分） （2）如图所示， （作图3分，结论2分） （3）实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分（2分）例题4.（1）5.70 ；3（2） ； 各1 （3）例题5、OC，15.70 1.22m，1.20m，大于，v是实际速度，因为有摩擦生热，减少的重力势能一部分转化为内能；1.23m，小于，v是按照自