1、专题22力 学 实 验(建议用时40分钟)1.某实验小组用如图所示装置研究加速度与力的关系,图中带滑轮的长木板水平放置于桌面,拉力传感器可直接显示所受到的拉力大小。(1)实验时,下列操作必要且正确的是_。A.未吊沙桶时将长木板右端适当垫高,使小车能自由匀速滑动B.小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录传感器的示数C.改变砂和砂桶质量,打出几条纸带D.用天平测出砂和砂桶的质量E.为了减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量(2)若直接按以上装置进行实验,以传感器的示数F为横坐标,通过纸带分析得到的加速度a为纵坐标,画出的a-F图象合理的是_。【解析】(
2、1)实验前要平衡摩擦力,将长木板右端适当垫高,使小车能自由匀速滑动,故A正确;为充分利用纸带,小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录传感器的示数,故B正确;为得出普遍规律,改变砂和砂桶质量,打出几条纸带,故C正确;小车受到的拉力可由拉力传感器测出来,不需要用天平测出砂和砂桶的质量,故D错误;小车受到的拉力可以由拉力传感器测出,实验中不需要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量,故E错误;故选A、B、C;(2)小车质量不变时,加速度与拉力成正比,所以a-F图象是一条倾斜的直线,由实验装置可知,实验前没有平衡摩擦力,则画出的a-F图象在F轴上有截距;实验中采用力传感器直接测
3、量拉力大小,则图象不会出现弯曲,故选B。答案:(1)A、B、C(2)B2.采用如图所示的实验装置做“研究平抛运动”的实验(1)实验时需要下列哪个器材_。A.弹簧秤B.重垂线C.打点计时器(2)做实验时,让小球多次沿同一轨道运动,通过描点法画出小球平抛运动的轨迹。下列的一些操作要求,正确的是_。A.每次必须由同一位置静止释放小球B.每次必须严格地等距离下降记录小球位置C.小球运动时不应与木板上的白纸相接触D.记录的点应适当多一些(3)若用频闪摄影方法来验证小球在平抛过程中水平方向是匀速运动,记录下如图所示的频闪照片。在测得x1、x2、x3、x4后,需要验证的关系是_。已知频闪周期为T,用下列计算
4、式求得的水平速度,误差较小的是_。A.B.C.D.【解析】(1)实验时需要重垂线来确定竖直方向,不需要弹簧秤和打点计时器,故选B。(2)实验时每次必须由同一位置静止释放小球,以保证小球到达最低点的速度相同,选项A正确;每次不一定严格地等距离下降记录小球位置,选项B错误;小球运动时不应与木板上的白纸相接触,否则会改变运动轨迹,选项C正确;记录的点应适当多一些,以减小误差,选项D正确。(3)因相邻两位置的时间间隔相同,则若小球在平抛过程中水平方向是匀速运动,则满足:x4-x3=x3-x2 =x2-x1 =x1;由小球最后一个位置与第一个位置的水平距离计算求得的水平速度误差较小,则用计算式求得的水平
5、速度误差较小 ,故选D。答案:(1)B(2)A、C、D(3)x4-x3=x3-x2=x2-x1=x1D3.用如图所示的装置,探究功与物体速度变化的关系。实验时先适当垫高木板,然后由静止释放小车,小车在橡皮条弹力的作用下被弹出,沿木板滑行。小车滑行过程中带动通过打点计器的纸带,记录其运动情况。观察发现纸带前面部分点迹疏密不匀,后面部分点迹比较均匀,回答下列问题:(1)适当垫高木板是为了_。(2)通过纸带求小车速度时,应使用纸带的_(选填“全部”“前面部分”或“后面部分”)。(3)若实验做了n次,所用橡皮条分别为1根、2根n根,通过纸带求出小车的速度分别为v1、v2vn,用W表示橡皮条对小车所做的
6、功,作出的W-v2图线是一条过坐标原点的直线,这说明W与v的关系是_。(4)以下关于该实验的说法中有一项正确,它是_。A.通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值B.某同学在一次实验中,得到一条记录纸带。纸带上打出的点,两端密、中间疏。出现这种情况的原因,可能是没有使木板倾斜或倾角太小C.小车在橡皮筋的作用下弹出,橡皮筋所做的功可根据公式W=FL算出D.实验中先释放小车再接通电源【解析】(1)小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,则应该用重力的下滑分量来平衡摩擦力,故可以将长木板的一端垫高。(2)纸带在橡皮条的作用下做加速运动,橡皮条做功完毕,则小车速度达到最大,此后
7、做匀速运动,故通过纸带求小车速度时,应使用纸带的后面点迹均匀的部分。(3)W-v2图线是一条过坐标原点的直线,根据数学知识可确定W与速度v的平方成正比。(4)实验是通过改变橡皮筋的个数来改变拉力做功的数值,选项A错误;本实验中小车先加速后减速,造成纸带上打出的点,两端密、中间疏,说明摩擦力没有平衡,或没有完全平衡,可能是没有使木板倾斜或倾角太小,故B正确;橡皮筋拉小车时的作用力是变力,我们不能根据公式W=FL求变力做功,故C错误;实验中先接通电源再释放小车,选项D错误;故选B。答案:(1)平衡摩擦力(2)后面部分(3)W与v的平方成正比(4)B4.(1)如图实验器材中,能用于“探究小车速度随时
8、间变化的规律”“探究加速度与力、质量的关系”“探究做功与物体速度变化的关系”“验证机械能守恒定律”四个分组实验的是_。(2)某组同学做“探究加速度与力、质量的关系”实验,实验开始时器材摆放如图,其中错误或不合理的是(写出其中三处):_;_;_。【解析】(1)“验证机械能守恒定律”实验不需要小车和天平,四个分组实验都需要打点计时器和刻度尺来测量速度、位移或加速度。(2)电磁式打点计时器需要连接46 V交流电;为了使绳子上的拉力为小车所受到的合力,需倾斜木板以平衡摩擦力;拉力方向需与运动方向在一条直线上,绳子需与轨道平行;为了提高纸带利用率,在纸带上多打点以利于测量,小车初始位置应靠近打点计时器。
9、答案:(1)C、D(2)错接直流电;未平衡摩擦力;小车右端绳子未与轨道平行;小车初始位置离计时器过远(任选其三)5.某活动小组利用图甲装置验证机械能守恒定律。钢球自由下落过程中,先后通过光电门A、B,计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB。用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h,当地的重力加速度为g。(1)用20分度游标卡尺测量钢球的直径,读数如图乙所示,钢球直径为D=_cm。(2)要验证机械能守恒,只要比较_。A.D2与gh是否相等B.D2与2gh是否相等C.D2与gh是否相等D.D2与2gh是否相等(3)钢球通过光电门的平均速度_(选
10、填“”或“”)钢球球心通过光电门的瞬时速度,由此产生的误差_(选填“能”或“不能”)通过增加实验次数减小。【解析】(1)游标卡尺的主尺读数为0.9 cm,游标尺上第10个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标读数为0.0510 mm=0.50 mm,所以最终读数为0.950 cm。(2)利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,故v=,根据机械能守恒的表达式有:mgh=mD2,即只要比较D2与2gh是否相等,故选D。(3)根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中中间时刻速度,所以钢球通过光电门的平均速度钢球球心通过光电门的瞬时速度,由此产生的误差不能通过增加实验次数减小。
11、答案:(1)0.950(2)D(3)不能6.(1)下列实验中必须从同一位置静止释放的实验是_。(2)小青用如图甲所示的实验装置,探究“加速度与力和质量的关系”。以下关于图甲中操作正确的是_。A.本实验采用了控制变量法探究多个变量之间的关系B.如果选用电火花打点计时器,所用的交流电为低压6 VC.操作过程中应控制砂桶的总质量远大于小车的质量小青通过实验获得如表所示的几组数据,请用描点法在图乙中得出a-F的关系图象。F/(9.810-3 N)2468101214a(ms-2)0.120.210.320.540.550.660.73根据第(2)小题中画出的图线,可以判断在操作过程中,平衡摩擦力时,长
12、木板的倾角_(选填“偏大”“恰好”或“偏小”)。【解析】(1)在探究小车动能变化与合外力做功实验中,必须让每根橡皮筋做的功相同,小车初速度是零,则小车需从同一位置释放,A正确。验证机械能守恒定律,物块可从不同的位置释放,B错误。研究平抛的规律,小球水平抛出的速度必须相等,应让小球从同一位置由静止释放,C正确。探究物体加速度与力、质量关系实验,小车可从不同的位置释放。本题选必须从同一位置静止释放的实验,答案是A、C。(2)探究“加速度与力和质量的关系”采用了控制变量法探究多个变量之间的关系,故A项正确。如果选用电火花打点计时器,所用的交流电为220 V,故B项错误。操作过程中,为用砂桶总重力代替绳中拉力,应控制砂桶的总质量远小于小车的质量,故C项错误。因力为零时,物体已有加速度,则平衡摩擦力时,长木板的倾角偏大。答案:(1)A、C(2)A图见解析偏大