1、专题八物理实验第1讲力学实验与创新1.(2017辽宁营口模拟)某同学利用如图(丙)所示的装置来验证力的平行四边形定则.在竖直木板上铺有白纸,在A,B两点固定两个光滑定滑轮,用一个轻绳跨过两滑轮悬挂钩码组N1,N2,用另一轻绳C在O点打一结,悬挂钩码组N3,每个钩码的质量相等.当系统达到平衡时,记录各组钩码个数.回答下列问题:(1)改变钩码个数,可以完成实验的是.A.钩码的个数N1=2,N2=2,N3=4B.钩码的个数N1=3,N2=3,N3=4C.钩码的个数N1=4,N2=4,N3=4D.钩码的个数N1=3,N2=4,N3=6(2)在拆下钩码和绳子前,必须的一个步骤是.A.记录OA,OB,OC
2、三段绳子的方向B.用刻度尺测出OA,OB,OC三段绳子的长度C.用天平测出钩码的质量(3)在操作正确的前提下,你认为(甲)、(乙)两图比较合理的是图.填“(甲)”或“(乙)”解析:(1)对O点受力分析,线段OA,OB,OC分别表示三个力的大小,由于三个共点力平衡,因此三个力的大小构成一个三角形.2,2,4不可以构成三角形,故A错误;3,3,4可以构成三角形,故B正确;4,4,4可以构成三角形,故C正确;3,4,6可以构成三角形,故D正确.(2)为验证平行四边形定则,必须作力的图示,所以先明确受力点,即标记结点O的位置,其次要作出力的方向并读出力的大小,最后作出力的图示,因此要做好记录,要记录砝
3、码的个数和记录OA,OB,OC三段绳子的方向,故A正确,B,C错误.(3)以O点为研究对象,F3的实际作用效果在OC这条线上,由于误差的存在,根据平行四边形定则求出的F1,F2合力的理论值要与实际值有一定偏差,故(甲)图符合实际,(乙)图不符合实际.答案:(1)BCD(2)A(3)(甲)2.(2017北京东城区模拟)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中,小明同学用甲、乙两根规格不同的弹簧进行实验,由实验得到弹簧伸长量x与弹簧受到的拉力F的关系如图(a)所示,由图求得弹簧乙的劲度系数为N/m.若要在两根弹簧中选用一根来制作精确程度较高的弹簧测力计,应选弹簧;用制作好的弹簧测力计来测量物体的重
4、力,如图(b)所示,物体重N.解析:由弹簧伸长量x与弹簧受到的拉力F的关系图像可求得弹簧乙的劲度系数k=200 N/m;要制作精确程度较高的弹簧测力计,应选在同样力作用下弹簧伸长量大的甲弹簧.图(b)所示的物体重4.00 N.答案:200甲4.003.一小球在桌面上从静止开始做加速运动,现用高速摄影机在同一底片上多次曝光,记录下小球每次曝光的位置,并将小球的位置编号.如图(甲)所示,1位置恰为小球刚开始运动的瞬间,作为零时刻。摄影机连续两次曝光的时间间隔均为0.5 s,小球从1位置到6位置的运动过程中经过各位置的速度分别为v1=0,v2=0.06 m/s,v3=m/s,v4=0.18 m/s,
5、v5=m/s.在如图(乙)所示坐标系中作出小球的速度时间图像(保留描点痕迹).解析:如题图(甲)所示,x2+x3=0.12 m,则v3= m/s=0.12 m/s,又x4+x5=0.24 m,则v5= m/s=0.24 m/s.其中v-t图像如图所示.答案:0.120.24图见解析4.某同学利用倾斜气垫导轨做“验证机械能守恒定律”的实验,实验装置如图(甲)所示.其主要实验步骤如下:a.用游标卡尺测量挡光条的宽度l,结果如图(乙)所示;b.读出导轨标尺的总长L0,并用直尺测出导轨标尺在竖直方向的高度H0;c.读出滑块释放处挡光条与光电门中心之间的距离s;d.由静止释放滑块,从数字计时器(图(甲)
6、中未画出)上读出挡光条通过光电门所用的时间t.回答下列问题: (1)由图(乙)读出l= mm.(2)(选填“有”或“没有”)必要用天平称出滑块和挡光条的总质量M.(3)多次改变光电门位置,即改变距离s,重复上述实验,作出随s的变化图像,如图(丙)所示,当已知质量t0,s0,l,L0,H0和当地重力加速度g满足表达式=时,可判断滑块下滑过程中机械能守恒.解析:(1)游标尺上共有20小格,精度为0.05 mm,用游标卡尺测量挡光条的宽度l=(8+0.054)mm=8.20 mm.(2)欲验证机械能守恒定律,即Mgssin =M()2,为气垫导轨与水平面间的夹角,只需验证gssin =()2,可见没
7、有必要测量滑块和挡光条的总质量M.(3)由几何知识得sin =,当s=s0,t=t0时有=s0.答案:(1)8.20(2)没有(3)s05.(2017江西上饶二模)气垫导轨是研究与运动有关的实验装置,也可以用来研究功能关系.如图(甲)所示,在气垫导轨的左端固定一轻质弹簧,轨道上有一滑块A紧靠弹簧但不连接,滑块的质量为m.(1)用游标卡尺测出滑块A上的挡光片的宽度,读数如图(乙)所示,则宽度d= cm;(2)利用该装置研究弹簧对滑块做功的大小;某同学打开气源,调节装置,使滑块可以静止悬浮在导轨上,然后用力将滑块A压紧到P点,释放后,滑块A上的挡光片通过光电门的时间为t,则弹簧对滑块所做的功为.(
8、用题中所给字母表示)(3)利用该装置测量滑块与导轨间的动摩擦因数;关闭气源,仍将滑块A由P点释放,当光电门到P点的距离为x时,测出滑块A上的挡光片通过光电门的时间为t,移动光电门,测出多组数据(滑块都能通过光电门),并绘出x-图像.如图(丙)所示,已知该图线斜率的绝对值为k,则滑块与导轨间的滑动摩擦因数为.解析:(1)主尺读数为9 mm;游标卡尺分度为0.05 mm,第12个刻度对齐,游标卡尺读数为0.0512 mm=0.60 mm,故宽度为d=9 mm+0.60 mm=9.60 mm=0.960 cm.(2)滑块通过光电门已经是匀速运动了,速度为v=,此时滑块动能全部由弹簧弹性势能转化而来,
9、故弹簧做功为W=mv2=m()2;(3)每次都由P释放,则每次弹簧弹性势能都相同,由能量转化和守恒可得,m()2+mgx1=m()2+mgx2解得,=-(),又=-,则动摩擦因数为=.答案:(1)0.960(2)m()2(3)6.(2017江苏徐州模拟)(1)某同学想利用图(甲)所示装置,验证滑块与钩码组成的系统机械能守恒,该同学认为只要将摩擦力平衡掉就可以了.你认为该同学的想法(选填“正确”或“不正确”)(2)另一同学用一倾斜的固定气垫导轨来验证机械能守恒定律.如图(乙)所示,质量为m1的滑块(带遮光条)放在A处,由跨过轻质定滑轮的细绳与质量为m2的钩码相连,导轨B处有一光电门,用L表示遮光
10、条的宽度,x表示A,B两点间的距离,表示气垫导轨的倾角,g表示当地重力加速度.气泵正常工作后,将滑块由A点静止释放,运动至B,测出遮光条经过光电门的时间t,该过程滑块与钩码组成的系统重力势能的减小量表示为,动能的增加量表示为.若系统机械能守恒,则与x的关系式为=(用题中已知量表示).实验时测得m1=475 g,m2=55 g,遮光条宽度L=4 mm,sin =0.1,改变光电门的位置,滑块每次均从A点释放,测量相应的x与t的值,以为纵轴,x为横轴,作出的图像如图(丙)所示,则根据图像可求得重力加速度g0为 m/s2(计算结果保留2位有效数字),若g0与当地重力加速度g近似相等,则可验证系统机械
11、能守恒.解析:(1)机械能守恒的条件只有重力或弹力做功,平衡摩擦力时,是用重力的分力等于摩擦力,但此时系统受到摩擦力,故摩擦力对系统做功,机械能不守恒;故该同学的想法不正确;(2)滑块由A到B的过程中,系统重力势能的减小量为Ep=m2gx-m1gxsin ,经过光电门时的速度为v=,则动能的增加量为Ek=(m1+m2)v2=(m1+m2)()2;若系统机械能守恒,则有Ep=Ek,联立解得,=;由上述公式可得,图像中的斜率k=,代入数据解得,g9.4 m/s2;答案:(1)不正确(2)Ep=m2gx-m1gxsin Ek=(m1+m2)()29.47.(2017山东潍坊二模)一圆盘边缘缠有足够长
12、的细线,细线下端拴有重锤,释放重锤,圆盘绕固定轴在竖直平面内转动.用频闪仪拍下重锤从A到D竖直下落的频闪照片,如图所示.已知频闪仪每隔0.04 s闪光一次,图中x1=16.63 cm,x2=17.92 cm,x3=19.20 cm,x1,x2,x3为实际下落的数值. (1)判断重锤由A运动到D是不是匀加速运动的依据是;(2)重锤运动到C点的速度为 m/s,若要得到此时圆盘的角速度,还应测量的物理量是.解析:(1)已知频闪仪每隔0.04 s闪光一次,且x1=16.63 cm,x2=17.92 cm,x3=19.20 cm,则有x1=x2-x1=17.92 cm-16.63 cm=1.29 cm;
13、而x2=x3-x2=19.20 cm-17.92 cm=1.28 cm;那么在误差允许范围内,x2-x1与x3-x2是相等的,因此重锤由A运动到D是不是匀加速运动的依据是在误差允许范围内,x2-x1与x3-x2是否相等;(2)根据中时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度,则有vC=10-2 m/s=4.64 m/s.若要得到此时圆盘的角速度,依据角速度与半径的关系式=,还应测量的物理量是圆盘的半径.答案:(1)在误差允许范围内,x2-x1与x3-x2是否相等(2)4.64圆盘的半径8.(2017黑龙江哈尔滨三模)某同学设计了一个用打点计时器做“验证动量守恒定律”的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥
14、,推动小车A使之做匀速运动,然后与原来静止的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速运动.他设计的具体装置如图(甲)所示,在小车后连接着纸带,电磁打点计时器使用的电源频率为50 Hz,长木板垫着小木片以平衡摩擦力.(1)若已得到打点纸带如图(乙)所示,并测得各计数点间距(标在图上).A为运动起点,则应该选择段来计算A碰前的速度v0,应选择段来计算A和B碰后的共同速度v.(以上空格选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)(2)已测得小车A的质量m1=0.40 kg,小车B的质量m2=0.20 kg,由以上测量结果可得碰前m1v0= kg m/s,碰后(m1+m2)v= kg m/s,由此得出结论:.(计算结果保留三位有效数字)解析:(1)A与B碰后粘在一起,速度减小,相等时间内的间隔减小,可知通过BC段来计算A的碰前速度,通过DE段计算A和B碰后的共同速度.(2)A碰前的速度v0= m/s=1.05 m/s,碰前的总动量为p1=m1v0=0.41.05 kgm/s=0.420 kg m/s;碰后共同速度v= m/s=0.695 m/s.碰后的总动量p2=(m1+m2)v=0.60.695 kgm/s=0.417 kgm/s,由此可知在误差允许范围内,AB碰撞过程中系统的动量守恒.答案:(1)BCDE(2)0.4200.417AB碰撞过程中系统的动量守恒
