高中物理力学实验总复习

1 力学实验总复习力学实验总复习 物理 考试说明 中确定的力学实验有 研究匀变速直线运动 探究弹 力和弹簧伸长的关系 验证力的平行四边形定则 验证牛顿运动定律 探究动 能定理 验证机械能守恒定律 一 打点计时器系列实验中纸带的处理一 打点计时器系列实验中纸带的处理 1 1 纸带的选取 纸带的选取 一般实验应用点迹清晰 无漏点的纸带中选取有足够多点的一 段作为实验纸带 在 验证机械能守恒定律 实验中还要求纸带包含第一 二 点 并且第一 二两点距离接近 2 0mm 2 2 根据纸带上点的密集程度选取计数点 根据纸带上点的密集程度选取计数点 打点计时器每打n个点取一个计数 点 则计数点时间间隔为n个打点时间间隔 即T 0 02n s 一般取n 5 此时T 0 1s 3 3 测量计数点间距离 测量计数点间距离 为了测量 计算的方便和减小偶然误差的考虑 测量 距离时不要分段测量 尽可能一次测量完毕 即测量计数起点到其它各计数点 的距离 如图所示 则由图可得 1 sSI 12 ssSII 23 ssSIII 34 ssSIV 45 ssSV 56 ssSVI 4 4 判定物体运动的性质 判定物体运动的性质 若 I S II S III S IV S V S VI S 基本相等 则可判定物体在实验误差范围 内作匀速直线运动 设 s1 II S I S s2 III S II S s3 IV S III S s4 V S IV S s5 VI S V S 若 s1 s2 s3 s4 s5基本相等 则可判定物体在实验误差范围内作 匀变速直线运动 测定第n点的瞬时速度 物体作匀变速直线运动时 在某段时间内的平均速 度等于中间时刻的瞬时速度 即测出第n点的相邻的前 后两段相等时间T内 的距离 由平均速度公式就可求得 如上图中第 4 点的瞬时速度为 4 s6 365210 s5 s4 s3 s2 s1 S S S S S S 2 T ss T SS v VIV 22 35 4 测定作匀变速直线运动物体的加速度 一般用逐差法求加速度 将如上图所 示的连续相等时间间隔T内的位移 分成两组 利 I S II S III S IV S V S VI S 用可得 再算出的 2 aTs 2 1 3T SS a IIV 2 2 3T SS a IIV 2 3 3T SS a IIIVI 1 a 平均值 即 就是所测定作匀变速直线运动物体的加速 2 a 3 a 3 321 aaa a 度 若为奇数组数据则将中间一组去掉 然后再将数据分组利用逐差法求解 二二 考试大纲规定的学生实验 考试大纲规定的学生实验 1 1 长度的测量 游标卡尺和螺旋测微器 长度的测量 游标卡尺和螺旋测微器 1 1 游标卡尺 游标卡尺 10 分度的游标卡尺 游标上相邻两个刻度间的距离为 0 9mm 比主尺上相 邻两个刻度间距离小 0 1mm 读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数 然后用 游标读出 0 1 毫米位的数值 游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐 0 1 毫米位就读几 不能读某 其读数准确到 0 1mm 20 分度的游标卡尺 游标上相邻两个刻度间的距离为 0 95mm 比主尺上相 邻两个刻度间距离小 0 05mm 读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数 然后用 游标 读出毫米以下的数值 游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐 毫米 以下的读数就是几乘 0 05 毫米 其读数准确到 0 05mm 50 分度的游标卡尺 游标上相邻两个刻度间的距离为 0 98mm 比主尺上相 邻两个刻度间距离小 0 02mm 这种卡尺的刻度是特殊的 游标上的刻度值 就 是毫米以下的读数 这种卡尺的读数可以准确到 0 02mm 注意 注意 游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的 所以都不再往下一位估读 要知道主要构造的名称 主尺 游标尺 外测量爪 内测量爪 深度尺 紧固 螺钉 2 2 螺旋测微器 螺旋测微器 01 234567890 01234567891 0 3 固定刻度上的最小刻度为 0 5mm 在中线的上侧 可动刻度每旋转一圈前进 或后退 0 5mm 在可动刻度的一周上平均刻有 50 条刻线 所以相邻两条刻 线间代表 0 01mm 读数时 从固定刻度上读取整 半毫米数 然后从可动刻度上读取剩余部分 因为 是 10 分度 所以在最小刻度后必须再估读一位 再把两部分读数相加 得测量值 要知道主要构造的名称 以下的 依次是 测砧 测微螺杆 固定刻度 可动刻度 旋钮 微调旋钮 和尺架 例例 1 1 读出下列游标卡尺测量的读数 例 2 读出下列螺旋测微器测量的读数 例例 3 3 有一游标卡尺 主尺的最小分度是 1mm 游标上有 20 个小的等分刻 度 用它测量一小球的直径 如图甲所示的读数是 mm 用螺旋测微器 测量一根金属丝的直径 如图乙所示的读数是 mm 例例 4 4 1 某学生用螺旋测微器在测定某一金属丝的直径时 测得的结果如图 甲所示 则该金属丝的直径 d mm 另一位学生用游标尺上标有 20 等分 刻度的游标卡尺测一工件的长度 测得的结果如图乙所示 则该工件的长度 L cm 3 4 cm 0 5 10 678 0 10 20 cm 012345 6 0123456789 0 cm 0 10 15 0 5 10 25 30 图乙 0 mm 20 30 25 15 图甲 1 2 3 cm 5 0 10 4 图甲图乙 2 2 研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动 1 1 纸带处理 从打点计时器重复打下的多条纸带中选点迹 清楚的一条 舍 掉开始比较密集的点迹 从便于测量的地方取一个开始点O 然后每 5 个点取 一个计数点A B C 或者说每隔 4 个点取 一个记数点 这样做的好处是相邻记数点间的 时间间隔是 0 1s 便于计算 测出相邻计数点 间的距离s1 s2 s3 2 2 利用s1 s2 s3 可以计算相邻相等时间内的位移 差s2 s1 s3 s2 s4 s3 如果它们在允许的误差范围 内相等 则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动 3 3 利用纸带可以求被测物体在任一计数点对应时刻的 瞬时速度瞬时速度v v 如 T ss vc 2 32 4 4 利用纸带求被测物体的加速度加速度a a 具体来说又有 3 种方法 逐差法 从纸带上得到 6 个相邻相等时间内的位移 则 2 321654 9T ssssss a 利用任意两段相邻记数点间的位移求a 如 2 Tnm ss a nm 利用v t图象求a 求出A B C D E F各点的即时速度 画出如右的 v t图线 图线的斜率就是加速度 a 例例 6 6 在 测定匀变速直线运动的加 速度 的实验中 用打点计时器记录纸带运动的时间 计时 器所用电源的频率为 50Hz 图为一次实验得到的一条纸带 纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出 按时间顺序 取 0 1 2 3 4 5 六个计数点 用米尺量出 1 2 3 4 5 点到 0 点的距离如图所示 单位 cm 由 纸带数据计算可得计数点 4 所代表时刻的即时速度大小 v4 m s 小车的加速度大小 a m s2 保留三位有效数字 t s 0 T 2T 3T 4T 5T 6T v ms 1 x 0123456 22 5 30 0 37 5 45 0 52 5 y mm 60 0 5 例例 7 7 做匀加速直线运动的小车 牵引一条纸带通过打点计时器 交流电源的 频率为 50Hz 由纸带上打出的某一点开始 每 5 个点剪下一段纸带 按图所示 使每一条纸带下端与x轴重合 左边与y轴平行 将纸带段粘贴在直角坐标系 中 则小车运动的加速度是 m s2 保留两位有效数字 例例 8 8 2004 年 7 月 25 日 中国用长征运载火箭成功地发射了 探测 2 号 卫 星 右图是某监测系统每隔 2 5s 拍摄的关于起始匀加速阶段火箭的 一组照片 1 已知火箭的长度为 40 m 用刻度尺测量照片上的长度 结果如图 所示 则火箭在照片中第 2 个像所对应时刻的瞬时速度大小 v m s 2 为探究物体做直线运动过程中s随t变化的规律 某实验小组经 过实验和计算得到下表的实验数据 根据表格数据 请你在下图所示的坐标系中 用纵 横轴分别选择合 适的物理量和标度作出关系图线 并根据图线分析得出物体从 A B 的过程中s随t变化的定量关系式 2 2 31 0 16 5 t t s 3 3 探究弹力和弹簧伸长的关系 探究弹力和弹簧伸长的关系 例例 9 9 某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中 设计了 如图所示的实验装置 所用的钩码每只的质量都是 30g 他先测 出不挂钩码时弹簧的自然长度 再将 5 个钩码逐个挂在弹簧的下 端 每次都测出相应的弹簧总长度 将数据填在了下面的表中 弹力始终未超过弹性限度 取g 9 8m s2 物体运动 的起止点 所测的 物理量 测量次数 12345 AB 时间 t s 0 891 241 521 761 97 时间 t2 s2 0 791 542 313 103 88 位移 s m 0 250 500 751 001 25 6 1 试根据 这些实验数据在右图给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小 F跟弹簧总长L之间的函数关系图线 说明图线跟坐标轴交点 的物理意义 2 上一问所得图线的物理意义是什么 该弹簧的劲度k是 多大 例例 1010 0808 北京卷 北京卷 某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的 关系 并测弹簧的劲度系数k 做法是先将待测弹簧的一端固 定在铁架台上 然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹 簧一侧 并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度 尺上 当弹簧自然下垂时 指针指示的刻度数 值记作L0 弹簧下端挂一个 50g 的砝码时 指 针指示的刻度数值记作L1 弹簧下端挂两个 50g 的砝码时 指针指示的刻度数值记作 L2 挂七个 50g 的砝码时 指针指示的刻 度数值记作 L2 下表记录的是该同学已测出的 6 个值 其中 有两个数值在记录时有误 它们的代表符号分 别是 和 测量记录表 代表符号 L0L1L2 L 3 L4L5L6 L 7 刻度数值 cm 1 703 405 108 6010 312 1 实验中 L3和 L2两个值还没有测定 请你根据上图将这两个测量值填入记录 表中 为充分利用测量数据 该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差 分别计 算出了三个差值 11231332 6 90cm 6 90cm 7 00cm n dLLdLLdLL 请你给出第四个差值 dA cm 根据以上差值 可以求出每增加 50g 砝码的弹簧平均伸长量 用L L d1 d2 d3 d4 表示的式子为 L F N x 10 2m 5 6 8 10 12 1 6 1 2 0 8 0 4 0 砝码质量 g 0306090120150 弹簧总长 cm 6 007 158 349 4810 6411 79 弹力大小 N 7 代入数据解得 cm L 计算弹簧的劲度系数k N m g取 9 8m s2 4 4 验证力的平行四边形定则 验证力的平行四边形定则 1 原理是两只弹簧秤成角度拉橡皮条AB和一只弹簧秤拉 橡皮条AB的效 果相同 这个效果就是指橡皮条的形变量 大小 和方向 相同 2 在画力的图示时 必须有箭头 标度 刻度 3 实验往往有一定的偶然误差 只要用平行四 边形定则求得的合力F和一只弹簧秤的拉力F 的 图示大小和方向在误差允许的范围内相同就可以 了 例例 1111 橡皮筋的一端固定在A点 另一端栓上两根细绳 每根细绳分别连着 一个量程为 5N 最小刻度为 0 1N 的弹簧测力计 沿着两个不同的方向拉弹簧 测力计 当橡皮筋的活动端拉到O点时 两根细绳相互垂直 如图所示 这时 弹簧测力计的读数可从图中读出 由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分 别为 N 和 N 只须读到 0 1N 在右图的方格纸中按作图法的要求 画出这两个力及它们的合力 例例 1212 李明同学在做 互成角度的两个力的合成 实验时 利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧秤拉力 的大小如图 a 所示 1 试在图 a 中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图 示 并用F表示此力 2 有关此实验 下列叙述正确的是 A 两弹簧秤的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大 B 橡皮筋的拉力是合力 两弹簧秤的拉力是分力 3 4 01234 5 N N 1 2 3 4 A O B a b c 8 结点 绳套 C 两次拉橡皮筋时 需将橡皮筋结点拉到同一位置O 这样做的目的是保 证两次弹簧秤拉力的效果相同 D 若只增大某一只弹簧秤的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变 只需 调整另一只弹簧秤拉力的大小即可 3 图 b 所示是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果 其中哪 一个实验比较符合实验事实 力F 是用一只弹簧秤拉时的图示 答 4 在以上比较符合实验事实的一位同学中 造成误差的主要原因是 至少 写出两种情况 答 例例 1313 在 验证力的平行四边形定则 的实验情况如图甲所示 其中 A 为固定 橡皮筋的图钉 O 为橡皮筋与细绳的结点 OB 和 OC 为细绳 图乙是在白纸上根 据实验结果画出的图 图乙中的 F 与 F 两力中 方向一定沿 AO 方向的是 2 分 本实验采用的科学方法是 2 分 A 理想实验法 B 等效替代法 C 控制变量法 D 建立物理模型 法 例例 1414 在 探究求合力的方法 的实验中 需要将 橡皮条的一端固定在水平木板上 另一端系上两根细绳 细绳的另一端都有绳 套 如图 实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套 并互成角 度地拉橡皮条 使橡皮条伸长 结点到达某一位置O 1 某同学在做该实验时认为 A 拉橡皮条的绳细一些且长一些 实验效果较好 B 拉橡皮条时 弹簧秤 橡皮条 细绳应贴近木板且与木板平 面平行 C 橡皮条弹性要好 拉结点到达某一位置O时 拉力要适当大些 D 拉力F1和F 2的夹角越大越好 其中正确的是 填入相应的字母 2 若两个弹簧秤的读数均为 4N 且两弹簧秤拉力的方向相互垂直 则 选填 能 或 不能 用一个量程为 5N 的弹簧秤测量出它们的合力 理由 是 9 5 5 验证牛顿第二运动定律 验证牛顿第二运动定律 1 了解该实验的系统误差的来源 用砂和砂桶的总重量代替小车受到的拉力 由牛顿第二定律可知 由于砂桶 也在做匀加速运动 因此砂和砂桶的总重量肯定大于小车受到的实际拉力 可 以推导出结论 只有在小车的总质量M远大于砂和砂桶的总质量m时 才能使 该系统误差足够小 没有考虑摩擦阻力的作用 应该用平衡摩擦力的方法来消除这个系统误差 2 为研究a F m三者的关系 要利用 控制变量法 分别研究a与F a与m的关系 3 用图象法验证a F a m 1 后者必须用a m 1图象 不 能用a m图象 例例 1515 一打点计时器固定在斜面上某处 一小车拖着穿过打点 计时器的纸带从斜面上滑下 如右图所示 下图是打出的纸带的 一段 已知打点计时器使用的交流电频率为 50Hz 利用下图给出的数 据可求出小车下滑的加速度a 为了求出小车在下滑过程中所受的阻力 还需要测量的物理量有 用 测得的量及加速度a表示阻力的计算式为f 例例 1616 某校学习兴趣小组在研究 探索小车速度随时间变化的规律 的实验 图是某次实验得出的纸带 所用电源的频率为 50HZ 舍去前面比较密集的点 从 0 点开始 每 5 个连续点取 1 个计数点 标以 1 2 3 各计数点与 0 计数点之间的距离依次为 d1 3cm d2 7 5cm d3 13 5cm 则 1 物体做 的运动 理由是 2 物体通过 1 计数点的速度 v1 m s 3 物体运动的加速度 为 a m s2 例例 1717 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可用纸带上的打点求得 打点计时器 图 1 5 12 5 74 6 37 6 98 7 60 8 24 8 85 9 47 单 位 cm d1 d2 d3 0123 10 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 m s 2 1 981 721 481 251 000 750 480 500 30 小车质量 m kg 0 250 290 330 400 500 710 751 001 67 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 例例 1818 在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时 采用如图所示的实验 装置 小车及车中的砝码质量用 M 表示 盘及盘中的砝码质量用 m 表示 小车 的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打出的点计算出 当 M 与 m 的大小关系满足 时 才可以认为绳子对小车的 拉力大小等于盘和砝码的重力 一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一 定 探究加速度与质量的关系 以下做法错 d F a 0 D B A C a aABEDC 6 196 707 217 72 单位 cm b a c 11 误的是 A 平衡摩擦力时 应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上 B 每次改变小车的质量时 不需要重新平衡摩擦力 C 实验时 先放开小车 再接通打点计时器电源 D 小车运动的加速度可用天平测出 m 以及小车质量 M 直接用公式 m 求出 在保持小车及车中的砝码质量 M 一定 探究加速度与所受合外力的关系时 由于平衡摩擦力时操作不当 二位同学得到的 关系分别如下图 所 示 是小车的加速度 是细线作用于小车的拉力 其原因分别是 图 图 6 6 探究动能定理探究动能定理 例例 1919 0808 广东卷 广东卷 13 分 某实验小组采用图所示的装置探究 动能定理 图中小车中可放置砝码 实验中 小车碰到制动装置时 钩码尚未到达地面 打点针时器工作频率为 50 Hz 1 实验的部分步骤如下 在小车中放入砝码 把纸带穿过打点计时器 连 在小车后端 用细线连接小车和钩码 将小车停在打点计时器附近 小车拖动纸带 打点计时器在纸带上打下一列点 改变钩码或小车中砝码的数量 更换纸带 重复 的操作 2 图是钩码质量为 0 03 kg 砝码质量为 0 02 kg 时得到的一条纸带 在纸 带上选择起始点 0 及 A B C D 和 E 五个计数点 可获得各计数点到 0 的距离 5 及对应时刻小车的瞬时速度 v 请将 C 点的测量结果填在表 1 中的相应位置 3 在上车的运动过程中 对于钩码 砝码和小车组成的系统 12 做正功 做负功 4 实验小组根据实验数据绘出了图中的图线 其中 v2 v2 v20 根据图线 可获得的结论是 要 验证 动能定理 还需要测量的物理量是摩擦力是 表 1 纸带的测量结果 例例 2020 某探究学习小组的同学欲验证 动能定理 他们在实验室组装了一套如 图所示的装置 另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源 导线 复写纸 纸带 小木块 细沙 当滑块连接上纸带 用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时 释放小桶 滑块处于静止状态 若你是小组中的一位成员 要完成该项实 验 则 1 你认为还需要的实验器材有 2 实验时为了保证滑块受到的合力与 沙和沙桶的总重力大小基本相等 沙和沙 桶的总质量应满足的实验条件是 实验时首先要做的步骤是 3 在 2 的基础上 某同学用天平称量滑块的质量M 往沙桶中装入适量 的细沙 用天平称出此时沙和沙桶的总质量m 让沙桶带动滑块加速运动 用 打点计时器记录其运动情况 在打点计时器打出的纸带上取两点 测出这两点 的间距L和这两点的速度大小v1与v2 v1 v2 则本实验最终要验证的数学 表达式为 用题中的字母表示实验中测量得到的物理量 例例 2121 某同学为探究 恒力做功与物体动能 改变的关系 设计了如下实验 他的操作 步骤是 测量点 S cm r m s 1 00 000 35 A1 510 40 B3 200 45 C D7 150 54 E9 410 60 水平实验台 滑轮 小沙桶 滑块 细线 打点计时器 纸带 长木板 小车 打点 计时器 纸带 P 13 0 1 2 3 4 5 摆好实验装置如图 将质量为 200g 的小车拉到打点计时器附近 并按住小车 在质量为 10g 30g 50g 的三种钩码中 他挑选了一个质量为 50g 的钩码挂 在拉线的挂钩 P 上 释放小车 打开电磁打点计时器的电源 打出一条纸带 1 在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条 经测量 计算 得 到如下数据 第一个点到第 N 个点的距离为 40 0cm 打下第 N 点时小车的速度大小为 1 00m s 该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力 算出 拉力对小车做的功 为 J 小车动能的增量为J 2 此次实验探究结果 他没能得到 恒力对物体做的功 等于物体动能的增 量 且误差很大 显然 在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素 请 你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下 造成较大误差的主要原因 是 7 7 验证机械能守恒定律 验证机械能守恒定律 本实验要求验证自由下落过程中机械能守恒 图示纸带的左端是用夹子夹重物 的一端 1 要多做几次实验 选点迹清楚 且第一 二两点间距离接近 2mm 的纸带进 行测量 2 用刻度尺量出从 0 点到 1 2 3 4 5 各点的距离h1 h2 h3 h4 h5 利用 匀变速直线运动中间时刻的即时速度等于该段位移内的平均速度 算 出 2 3 4 各点对应的即时速度v2 v3 v4 验证与 2 3 4 各点对应的重力 势能减少量mgh和动能增加量是否相等 2 2 1 mv 3 由于摩擦和空气阻力的影响 本实验的系统误差总是使 2 2 1 mvmgh 4 本实验不需要在打下的点中取计数点 也不需要测重物的质量 例例 2323 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 右 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 9 51 15 7 12 42 14 1 这三个数据中不符合有效数字读数要求的是 应记作 cm 2 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点对应的物体的即时速度 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 3 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 例例 2424 用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律 实验所用的电源为学生电 源 有交流电 频率为 50Hz 和直流电两种输出 重锤从高处由静止开始落下 重锤拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点 对纸带上的点的进行测量 即可验证机械能守恒定律 1 一同学按如下步骤进行实验 A 用天平测量出重锤的质量 B 按图示的装置安装器件 C 将打点计时器接到电源的直流输出端上 D 接通电源后释放悬挂纸带的夹子 打出一条纸带 E 换用另外纸带 重复步骤 D F 选取合适的纸带 G 测量所选纸带上某些点之间的距离 H 根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能和它增加的动能 比较 二者是否相等 指出其中没有必要进行的步骤是 操作不恰当的步骤是 2 利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度数值 这位同学打出的纸带如 图所示 A点为打下的第一个点 0 1 2 3 4 5 6 为连续的计数点 现测 得s1 s2 s3 s4 s5 s6分别为 4 03 cm 4 42 cm 4 80 cm 5 18 cm 5 57 cm 5 95 cm 请你根据这条纸带推算此落体过程的加速度a为 m s2 保留三位有效数字 3 某同学根据第 2 问求的的加速度数值计算重力势能的变化量 EP 进 15 而验证机械能守恒定律定律 试分析其合理性 例例 2525 某研究性学习小组用如图 a 所示装置验证机械能守恒定律 让一个摆 球由静止开始从A位置摆到B位置 若不考虑空气阻力 小球的机械能应该守 恒 即mv2 mgh 直接测量摆球到达B点的速度v比较困难 现让小球在B 2 1 点处脱离悬线做平抛运动 利用平抛的特性来间接地测出v 如图 a 中 悬 点正下方P点处放有水平放置炽热的电热丝 当悬线摆至电热丝处时能轻易被 烧断 小球由于惯性向前飞出作平抛运动 在地面上放上白纸 上面覆盖着复 写纸 当小球落在复写纸上时 会在下面白纸上留下痕迹 用重锤线确定出 A B点的投影点N M 重复实验 10 次 小球每一次都从同一点由静止释放 球的落点痕迹如图 b 所示 图中米尺水平放置 零刻度线与M点对齐 用米 尺量出AN的高度h1 BM的高度h2 算出A B两点的竖直距离 再量出M C 之间的距离x 即可验证机械能守恒定 律 已知重力加速度为g 小球的质量为 m 1 根据图 b 可以确定小球平抛时的 水平射程为 cm 2 用题中所给字母表示出小球平抛时的 初速度v0 3 用测出的物理量表示出小球从A到B 过程中 重力势能的减少量 EP 动能的增加量 EK 8 研究平抛物体的运动 1 研究平抛物体的运动 的实验装置如图所示 1 为了能较准确地描绘运动轨迹 下面列出了 一些操 作要求 将你认为正确的选项前面的 字母填写在横线上 A 通过调节使斜槽末端保持水平 B 每次释放小球的位置可以不同 C 每次必须由静止开始释放小球 D 记录小球位置用的木条或凹槽 每次必须严格地等距 离下降 2 有一位同学在一张印有小方格的纸上画出了小球运动的部 分轨迹 他在轨迹上取了a b c d点 已知小方格的边长 为l 重力加速度为g 则小球平抛的初速度 0 v 2 为了研究物体的平抛运动 可做下面的实验 如图 1 所示 用小锤打击弹性金属片 A球就水平飞出 同时B球被松开 16 做自由落体运动 两球同时落到地面 把整个装置放在不同高度 重新做此实 验 结果两小球总是同时落地 此实验说明了A球在竖直方向做 运 动 某同学接着研究事先描出的小钢球做平抛运动的轨迹 以抛出点为坐标原 点O 取水平向右为x轴 竖直向下为y轴 如图 2 所示 在轨迹上任取点A 和B 坐标分别为A x1 y1 和B x2 y2 使得y1 y2 1 4 结果发现 x1 x2 1 2 此结果说明了小钢球在水平方向做 运动 3 如图所示为小球做平抛运动时所拍摄的闪光照片的一部分 图中小方格的边 长为 5cm 取g 10m s2 则小球的初速度大小为 小球在位置B时的瞬 时速度大小为 4 在做 研究平抛物体的运动 的实验中 为了确定小球在不同时刻所通过的 位置 实验时用如图所示的装置 将一块平木板钉上复写纸和白纸 竖直立于 槽口前某处且和斜槽所在的平面垂直 使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滑下 小球撞在木板上留下痕迹 A 将木板向后移距离 x 再使小球从斜槽上紧靠挡板 处由静止滑下 小球撞在木板上留下痕迹 B 又将木板再向后移距离 x 小球再 从斜槽上紧靠挡板处由静止滑下 再得到痕迹 C A B 间距离 B C 间距离 用刻度尺测出 1 y 2 y 重力加速度为 g 12 x y y 1 导出测小球初速度的表达式 0 v 2 为了比较准确测出小球的初速度的数值 请 你提出两条合理化建议 3 做 研究平抛物体的运动 实验时 除了木板 小球 斜槽 铅笔 图钉 之外 下列器材中还需要的是 A 游标卡尺 B 秒表 C 坐标纸 D 天平 E 弹簧秤 F 重垂线 实验中 下列说法正确的是 A 应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下 B 斜槽轨道必须光滑 C 斜槽轨道末端可以不水平 D 要使描出的轨迹更好地反映真实运动 记录的点应适当多一些 E 为了比较准确地描出小球运动的轨迹 应该用一条曲线把所有的点连接起 来 9 动量守恒定律验证 1 碰撞的恢复系数的定义为 其中v10和v20分别是碰撞前两物体的 21 2010 vv e vv 速度 v1和v2分别是碰撞后两物体的速度 弹性碰撞的恢复系数e 1 非弹性 碰撞的e 1 某同学借用验证动量守恒定律的实验装置 如图所示 验证弹性 17 碰撞的恢复系数是否为 1 实验中使用半径相等的钢质小球 1 和 2 它们之间 的碰撞可近似视为弹性碰撞 且小球 1 的质量大于小球 2 的质量 实验步骤如下 安装好实验装置 做好测量前的准备 并记下重垂线所指的位置O 第一步 不放小球 2 让小球 1 从斜槽上A点由静止滚下 并落在地面上 重复多次 用尽可能小的圆把小球的所有落点圈在里面 其圆心就 是小球落点的平均位置 第二步 把小球 2 放在斜槽前端边缘处的C点 让小球 1 从A点由静止滚 下 使它们碰撞 重复多次 并使用 与第一步同样的方法分别标出碰撞后 两小球落点的平均位置 第三步 用刻度尺分别测量三个落地点的平均 位置离O点的距离 即线段 OM OP ON的长度 上述实验中 P点是 的平均位置 M点是 的平均位置 N点是 的平均位置 请写出本实验的原理 写出用测量量表示的恢复系数的表达式 三个落地点距O点的距离OM OP ON与实验所用的小球质量是否有关 2 某同学用图甲所示装置通过半径相同的 A B 两小球的碰撞来验证动量守恒定 律 图甲中 PQ 是斜槽 QR 为水平槽 实验时先使 A 球从斜槽上某一固定位置 G 由静止开始滚下 落到位于水平