1、专题十 必考力学实验(二)1.用弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系 实验五 探究作用力与反作用力的关系 如图1甲所示，任取A、B两个弹簧测力计，使两挂钩钩住，B固定，A用手拉着.弹簧测力计A受到B的拉力FBA，弹簧测力计B受到A的拉力FAB.读出此时两个弹簧测力计的示数FA和FB，比较FA和FB的大小和方向.图1 如图乙所示，将两个弹簧测力计挂钩钩住，B连接一块木块，A用手拉着.探究在水平方向运动时，FA和FB的大小和方向.将拉动方向改为竖直方向，如图丙所示，重复上述探究.图1 2.用力传感器探究作用力与反作用力的关系 如图2所示，用两只力传感器钩住对拉.从计算机屏幕上所显示的力和时间关系图
2、线中读出不同时刻两只力传感器间的相互作用力FA和FB，比较FA和FB的大小和方向.图2 3.实验结论 作用力与反作用力作用在两个物体上，大小相等、方向相反，同时产生，同时消失，性质相同.作用力与反作用力之间的关系与运动状态无关.4.注意事项(1)使用弹簧测力计前，应先调节零刻度.(2)弹簧测力计对拉时作用力要在同一直线上.(3)实际的弹簧测力计往往存在一定的误差，发现两弹簧测力计示数不等既不能“视而不见”也不能“武断定论”.(4)将弹簧测力计A和B分别与弹簧测力计C互拉，通过与C的示数比较确定两弹簧测力计拉力是否相等，是一种“等效替代”的方法.(5)同一实验步骤中，小泡沫塑料位置必须保持不变.
3、(6)用力传感器进行实验时，也需要调零.(7)用力传感器对拉时要使作用力在同一直线上.答案 例1(2015浙江9月选考科目试题)在“探究作用力与反作用力的关系”实验中，某同学用两个力传感器进行实验.(1)将两个传感器按图3甲方式对拉，在计算机屏上显示如图乙所示，横坐标代表的物理量是_，纵坐标代表的物理量是_.图3 时间(t)力(F)(2)(多选)由图乙可得到的实验结论是()A.两传感器间的作用力与反作用力大小相等 B.两传感器间的作用力与反作用力方向相同 C.两传感器间的作用力与反作用力同时变化 D.两传感器间的作用力与反作用力作用在同一物体上 1.如图4所示，将两弹簧测力计a、b连接在一起，
4、当用力缓慢拉a弹簧测力计时，发现不管拉力F多大，a、b两弹簧测力计的示数总是相等，这个实验说明()A.这是两只完全相同的弹簧测力计 B.弹力的大小与弹簧的形变量成正比 C.作用力与反作用力大小相等、方向相反 D.力是改变物体运动状态的原因 变式题组 解析 图4 1.实验目的(1)用实验的方法描出平抛运动的轨迹.(2)用实验轨迹求解平抛物体的初速度.2.实验原理 使小球做平抛运动，利用描迹法描绘小球的运动轨迹，建立直角坐标系，测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y，由公式：x和y12gt2，可得v0.实验六 研究平抛运动 v0txg2y答案 3.实验器材(以斜槽法为例)斜槽(带小球)、木板及竖直固定支
5、架、白纸、图钉、三 角板、铅笔、刻度尺.4.实验步骤(1)按图5甲所示安装实验装置，使斜槽末端(小球在斜槽末端恰好静止).图5 答案 重垂线水平(2)以水平槽末端端口上小球球心位置为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴.(3)使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动中碰到笔尖，就用铅笔在该位置画上一点.用同样方法，在小球运动路线上描下若干点.(4)将白纸从木板上取下，从O点开始连接画出的若干点描出一条平滑的曲线，如图乙所示.图5 5.实验注意事项 答案(1)固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线，保证小球的初速度水平.(2)固定木板时，木板必须处在竖直平
6、面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否 .(3)小球每次从斜槽上的 释放，为此，可在斜槽上某一位置固定一个挡板.(4)要在斜槽上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨迹由木板左上角到达右下角，这样可以减小测量误差.(5)坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点.(6)计算小球的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜，以便于测量和计算.水平竖直同一位置由静止6.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线(1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则当以抛出点为坐标原点建立直角坐标系后，轨迹上各点的坐标具有yax2的关系，且同一轨迹上a是一个特定的
7、值.(2)验证方法 方法一：代入法 用刻度尺测量几个点的x、y坐标，分别代入yax2中求出常数a，看计算得到的a值在误差范围内是否为一常数.方法二：图象法 建立yx2坐标系，根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应y值的x2值，在yx2坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为a值.答案 7.计算平抛运动的初速度(1)平抛轨迹完整(即含有抛出点)在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y，就可求出初速度v0.因xv0t，y 12 gt2，故v0 .xg2y.(2)平抛轨迹残缺(即无抛出点)如图6所示，在轨迹上任取三点A、B、C，使A、B间及B、C间的水
8、平距离相等，由平抛运动的规律可知，A、B间与B、C间所用时间相等，设为t，则hhBChABgt2.图6 所以 thBChABg，所以初速度 v0 xtxghBChAB.例2 某校科技活动开展了关于平抛运动的研究学习.(1)学习小组甲为了探究影响平抛运动水平射程的因素，某同学通过改变抛出点的高度及初速度的方法做了6次实验，实验数据记录如下表.答案 序号 抛出点的高度(m)水平初速度(m/s)水平射程(m)1 0.20 2.0 0.40 2 0.20 3.0 0.60 3 0.20 4.0 0.80 4 0.45 2.0 0.60 5 0.45 4.0 1.20 6 0.80 2.0 0.80 若
9、探究水平射程与初速度的关系，可用表中序号为_的三组实验数据进行分析.解析 1、2、3若探究水平射程与高度的关系，可用表中序号为_的三组实验数据进行分析.解析答案 解析 若探究水平射程和高度的关系，应保持初速度不变，可用表中序号为1、4、6的三组实验数据.1、4、6(2)学习小组乙在探究平抛运动的规律实验时，将小球做平抛运动，用频闪照相机对准方格背景照相，拍摄到了如图7所示的照片，已知每个小方格边长为9.8 cm，当地的重力加速度为g9.8 m/s2.若以拍摄的第一点为坐标原点，水平向右和竖直向下为正方向，则没有被拍摄到的小球位置坐标为_.图7 答案 解析(58.8 cm,58.8 cm)小球平
10、抛的初速度大小为_.解析答案 解析 由 hgt2，得 t9.81029.8s0.1 s，v0 xt29.81020.1m/s1.96 m/s.1.96 m/s 解析答案 2.在“研究平抛运动”的实验中，小希同学采用如图8所示的装置来获得平抛运动的轨迹.(1)为得到一条轨迹，需多次释放小球，每次释放小球的位置_(填“相同”或“任意”).变式题组 图8 解析 本实验要通过多次重复平抛小球来记录轨迹，所以每次的轨迹必须相同，因此要求每次将小球从轨道同一位置无初速度释放；相同(2)为了测得小球离开斜槽末端时的速度，该同学需测量的物理量是_.A.小球的质量 B.小球下落的时间 C.斜槽末端距落点间的水平
11、距离和竖直高度 D.斜槽末端距释放点间的水平距离和竖直高度 解析 实验方案一 1.实验原理 实验七 探究做功与物体速度变化的关系 图9 重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物的质量大得多且摩擦力忽略不计时，可以把重物所受的当作小车受到的牵引力.如图9所示.答案 重力改变重物的质量或者改变小车运动的，也就改变了牵引力做的功，从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系.2.实验器材 小车、一端带滑轮的长木板、砝码、钩码、打点计时器、纸带、等.3.实验步骤(1)垫高木板不带滑轮的一端，平衡.(2)在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线绕过滑轮连接小车和钩码.距离天平刻度尺摩
12、擦力答案(3)将小车停在打点计时器附近，先接通电源，再释放小车，关闭打点计时器电源.(4)改变钩码的数量，更换纸带重复进行操作.4.注意事项(1)实验前必须首先平衡摩擦力.(2)必须保证所悬挂钩码的重力远小于小车的重力，这时钩码重力才近似等于小车所受的合外力.5.数据处理(1)小车受到的合外力F：大小近似等于所挂钩码的重力mg，故用天平测出钩码的质量m可求Fmg.(2)通过纸带测小车的位移l.(3)求出合力对小车做的功WFlmgl.(4)通过纸带求出对应位移 l 时，小车获得的速度 vxnxn12T.6.结论 研究W与v的关系，发现合力对小车做的功W与小车速度的平方成正比，即满足Wv2.实验方
13、案二1.实验原理(如图10所示)图10(1)一根橡皮筋作用在小车上移动距离x做功为W.(2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离x做功应为.(3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离x做功应为.(4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，由图象可以确定功与速度变化的关系.2.实验器材、小车、木板、纸带、铁钉等.答案 2W3W橡皮筋打点计时器刻度尺3.实验步骤(1)垫高木板的一端，平衡.(2)拉伸的橡皮筋对小车做功：用一条橡皮筋拉小车做功W.用两条橡皮筋拉小车做功2W.用三条橡皮筋拉小车做功3W.(3)测出每次做功后小车获得的.(4)分别用各次实验测得的v和W绘制Wv或Wv2、Wv3、图象，直
14、到明确得出W和v的关系.答案 摩擦力速度4.注意事项(1)将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与 平衡.方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做 运动，找到长木板的一个合适的倾角.(2)测小车速度时，应选纸带上的点均匀的部分，也就是选小车做_运动的部分.(3)橡皮筋应选规格一样的.力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值.(4)小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些.答案 摩擦阻力匀速匀速5.实验探究的技巧与方法(1)不直接计算W和v的数值，而只是看第2次、第3次实验中的W和v是第1次的多少倍，简化数据的测量和处理.(2)做Wv图象，或W
15、v2、Wv3图象，直到作出的图象是一条倾斜的直线.6.实验结论 物体速度v与外力做功W间的关系：W与v2成正比.例3 如图11所示是某研究性学习小组做探究做功与物体速度变化的关系的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形.这时，橡皮筋对小车做的功记为W.当我们把2条、3条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放.小车在每次实验中获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出.(1)除了图中的已给出的实验器材外，还需要的器材有_；图11 解析答案 刻度尺解析 计算小车速度需要测量纸带上的点的距离，要用刻度尺.(2)平衡摩擦力后，每次实验得到的纸带上
16、的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的_部分进行测量；解析 小车匀速运动时，纸带上的点的间隔均匀.点距均匀解析答案(3)下面是本实验的数据记录表，请将第2次、第3次实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置；橡皮筋做 的功Wn 10个间 距的距 离x(m)10个间 距的时 间T(s)小车获 得的速 度vn 小车速 度的平 方v 第1次 W 0.200 0.2 第2次 0.280 0.2 第3次 0.300 0.2 第4次 0.400 0.2 第5次 0.450 0.2 2W3W4W5W解析 橡皮筋每增加一条，对小车做的功就增加W.解析答案(4)从 理 论 上 讲，橡 皮 筋 做 的
17、功 Wn 和 物 体 速 度 vn 变 化 的 关 系 应 是Wn_，请你根据表中测定的数据在如图12所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性.解析答案 图12 解析 纵坐标表示速度的平方，横坐标表示功，利用描点法描出各组数据对应的点，然后用平滑曲线连线作出 Wn图象，如图所示.v2n答案 见解析图 v 2n3.某学习小组在“探究功与速度变化的关系”的实验中采用了如图13甲所示的实验装置.变式题组 图13 解析答案 解析 将滑块轻置于气垫导轨上，看其是否滑动(将滑块置于气垫导轨上，看轻推是否匀速运动)；(1)将气垫导轨接通气泵，通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平，检查是否调平的方法是_.将滑
18、块轻置于气垫导轨上，看其是否滑动(将滑块置于气垫导轨上，看轻推是否匀速运动)(2)如图乙所示，游标卡尺测得遮光条的宽度d_cm；实验时，将橡皮条挂在滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定.现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为t，则滑块最后匀速运动的速度表达式为v_(用字母表示).解析答案 解析 游标尺零刻度线对应的主尺上整数部分为 5 mm，游标尺第 10 条刻度线与主尺某刻度线对齐，100.05 mm0.5 mm，故读数为 5.5 mm0.55 cm.光电门测量的是运动物体遮光时间内的平均速度，因为遮光条较窄，所以可看作测量的是瞬时速度，
19、所以 vdt；0.55dt(3)逐条增加橡皮条，记录每次遮光条经过光电门的时间，并计算出对应的速度.则画出的Wv2图象应是_.解析答案 解析 由动能定理有 W12mv2，画出的 Wv2 图象是一条过原点的直线.一条过原点的直线1.实验原理 实验八 验证机械能守恒定律 通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明守恒，从而验证机械能守恒定律.2.实验器材、电 源、纸 带、复 写 纸、重物、铁架台(带铁夹)、导线两根.(如图14所示)图14 答案 机械能打点计时器刻度尺3.实验步骤(1)安装器材：将固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压电源相连.(2
20、)打纸带 用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先，再，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条(35条)纸带.答案 打点计时器接通电源松开纸带(3)选纸带：分两种情况说明 若选第1点O到下落到某一点的过程，即用来 验 证，应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带.用验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否小于或接近2 mm就无关紧要了.12mv 2B 12mv 2A mghmgh12mv2答案 4.数据处理 方法一：利用起始点和第 n 点计算代入 mghn 和1
21、2mv2n，如果在实验误差允许的范围内，mghn 和12mv2n相等，则验证了机械能守恒定律.方法二：任取两点计算(1)任取两点 A、B，测出 hAB，算出 mghAB.(2)算出12mv2B12mv2A的值.(3)在实验误差允许的范围内，若 mghAB12mv2B12mv2A，则验证了机械能守恒定律.方法三：图象法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度 h，并计算各点速度的平方 v2，然后以12v2 为纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据作出12v2h 图线.若在实验误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为的直线，则验证了机械能守恒定律.g答案 5.实验结论 在的范围内，自由落体
22、运动过程机械能守恒.6.误差分析(1)测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值.(2)系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量必定稍于重力势能的减少量Epmghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小.答案 Ek12mv2n误差允许小阻力7.注意事项(1)打点计时器要竖直：安装打点计时器时要架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以减少.(2)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料.(3)应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落.(4)测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn，不
23、能用vn或vngt来计算.答案 dn1dn12T竖直2gdn摩擦阻力例4 如图15所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图.现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平.回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材是_.A.米尺B.秒表 C.直流电源D.交流电源 解析 解析 为完成此实验，还需要测量长度的工具米尺，电磁打点计时器需要交流电源.图15(2)下面列举了该实验的几个操作步骤，其中操作不当的一个步骤是_.A.用天平测出重锤的质量 B.按照图示的装置安装器件 C.先释放纸带，后接通电源 D.测量纸带上某些点间的距离 解析 解析 操作不当的是先释
24、放纸带，后接通电源.(3)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值.根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图16所示.使用交流电的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式为a_(用x1、x2、x3、x4及f表示).解析答案 图16 解析 由 xaT2 可得，ax3x4x1x2f24.x3x4x1x2f24解析 4.(20164月浙江选考模拟17)(1)在下列学生实验中，需要用到打点计时器的实验有_(填字母).A.“探究求合力的方法”B.“探究加速度与力、质量的关系”C.“探究做功与物体速度变化的关系”D.“探究作用力与反作用力的关系”45解析 A需
25、要弹簧秤、刻度尺；D与打点计时器无关.变式题组 解析(2)做“验证机械能守恒定律”的实验，已有铁架台、铁夹、电源、纸带、打点计时器，还必须选取的器材是图中的_(填字母).解析 需要B重物，刻度尺D测量下落距离；为了减少摩擦带来的影响；可以减少偶然误差.某同学在实验过程中，在重物的正下方地面铺海绵；调整打点计时器的两个限位孔连线为竖直；重复多次实验.以上操作可减小实验误差的是_(填序号).45 答案 5.用如图17甲所示的装置“验证机械能守恒定律”的实验，打点计时器接在频率为f的交流电源上，从实验中打出的几条纸带中选出一条理想纸带，如图乙所示，从第一个点O开始选取纸带上打出的5个连续的点O、A、B、C、D，各点距起始点O的距离分别为x1、x2、x3、x4，已知重锤的质量为m，当地的重力加速度为g，则从打下起始点O到打下C点的过程中，重锤重力势能减少量的表达式为_，重锤动能增加量的表达式为_.(均用题中所给字母表达)45解析 图17 mgx318m(x4x2)2f2
