1、第10讲力学实验专题提升训练1.(2015盐城市高三模拟)(1)小明同学到实验室去做“验证力的平行四边形定则”的实验时看见实验桌上有一把20分度的游标卡尺，他立即用游标卡尺测量了钢笔套的长度，如图1所示，则钢笔套的长度为_mm。图1(2)随后小明开始做“验证力的平行四边形定则”的实验，在水平放置的木板上垫上一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上的A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套，如图2甲所示。先用两个弹簧测力计钩住细绳套，互成角度拉橡皮条使之伸长，结点到某一位置O，此时记下两个弹簧测力计的读数F1和F2和两细绳的方向。请完成下列问题：F1的读数如图乙所示(只画出了弹簧测力计的一部分)，则F1_N
2、。图2小明再用一个弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条位长，应该使结点拉到_，记下弹簧测力计的读数，并记下_。在本实验中，若保持F1和F2的大小不变，则关于这两个力的合力的说法中正确的是()A.合力F的大小随F1与F2夹角的增大而增大B.F1和F2的夹角在0到180之间时，夹角越小，合力F越大C.F1或F2的大小总是小于合力F的大小D.合力F的大小不一定大于F1或F2的大小解析(1)由题图甲，游标尺上的第11条刻线与主尺上21 mm刻线对齐，且游标尺为20分度，故钢笔套的长度为10 mm0.511 mm10.55 mm。(2)弹簧测力计的最小格为0.1 N，需向下一位估读，读数为1.23 N。合力与两
3、个分力的作用效果相同，故两次将橡皮条应拉至同一位置O；力是矢量，应同时记录力的大小和方向。F1与F2大小不变时，两力的夹角越小，合力越大，选项A错误，选项B正确；合力与分力是等效替代的关系，但合力不一定大，分力也不一定小，选项C错误，选项D正确。答案(1)10.55(2)1.221.24同一位置O细绳的方向BD2.(2015金丽衢十二校高三联考)用如图3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，输出电压为6 V的交流电和直流电两种。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对图中纸带上的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律。图3(1)下面列举了该实验的几个操作
4、步骤：A.按照图示的装置安装器件；B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C.用天平测出重锤的质量；D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；E.测量纸带上某些点间的距离；F.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。其中没有必要进行的步骤是_，操作不当的步骤是_。(2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图4所示。使用电流的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a_。(用s1、s2、s3、s4及f表示)(3)在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增
5、加的动能，其主要原因是重锤和纸带下落过程中存在阻力作用，可以通过该实验装置测阻力的大小。若已知当地重力加速度为g。还需要测量的物理量是_，试用这些物理量和纸带上的数据符号表示重锤和纸带在下落的过程中AE段受到的平均阻力大小F_。图4解析(1)步骤C不必要，重锤的质量不需要测量，因为等式mghmv2两边把质量约掉了；打点计时器使用的是低压交流电源，所以步骤B是错误的。(2)为了减小实验误差，可以采用逐差法求加速度，有：s4s22at2，s3s12at2由以上两式得a；(3)由牛顿第二定律mgFma可知，要测阻力的大小，还要测重锤的质量m，将加速度表达式代入，即得Fmg。答案(1)CB(2)(3)
6、重锤的质量mmg3.在“探究物体运动加速度与外力关系”实验中，(1)某些同学不能得到当小车的质量一定时加速度a与作用力F成正比的正确图线，而是得出下列图线，请分别说出得到图中A、B、C三种图的原因。得到A图的原因是_；得到B图的原因是_；得到C图的原因是_。(2)某同学在接通电源进行实验之前，将实验器材组装如图5所示，请你指出该装置中的错误或不妥之处(只需指出二处错误或不妥之处)_。图5(3)如图6为某同学实验中获得的一条纸带，A、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出。从图中读出A、B两点间距s_ cm；C点对应的速度是vC_ m/s；加速度是a_m/s2(计算结果
7、保留两位有效数字)。图6解析(1)A图与纵轴有交点，说明没有拉力时就产生了加速度，即平衡摩擦力时木板抬起角度偏大；B图与横轴有交点，说明拉力小时没有加速度，拉力增大到一定值时才有加速度，说明平衡摩擦力时木板抬起角度偏小；C图虽过原点但力F大时发生弯曲，不满足正比关系，即悬挂砂和砂桶的质量偏大，不满足mM，不能忽略砂和砂桶的质量；(2)实验电源应该是46 V交流电；小车应停靠在打点计时器附近；应该抬起木板右端用来平衡摩擦力；(3)由图象可读出AB之间的距离s0.70 cm；由于相邻计数点间有四个点没有画出，所以相邻计数点间的时间间隔T0.1 s，而C点的速度vC0.1 m/s；根据加速度一定时物
8、体在连续相等的时间间隔内的位移之差为一恒量，即aT2xCDxBC，得a0.20 m/s2。答案(1)平衡摩擦力时木板抬起角度偏大平衡摩擦力时木板抬起角度偏小悬挂砂和砂桶的质量偏大，不满足mM(2)电源应该是46 V交流电；小车应该停靠在打点计时器附近；没有抬起木板右端用来平衡摩擦力。(3)0.700.100.204.为了探究在橡皮条弹力作用下小车的运动，某同学设计了如图7甲所示的实验，由静止释放小车，小车在处于伸长状态的橡皮条弹力的作用下向左运动，打点计时器打下的纸带如图乙所示。0计数点为打下的第一个点，该同学在测出计数点2、3、4到起点0的距离x1、x2、x3后，将纸带由图示位置剪断，将每段
9、纸带的下端对齐，依次并排粘贴在直角坐标系中，连接各段纸带上端的中点画光滑曲线如图8所示。对该实验结果的研究可知：图7图8(1)在有橡皮条弹力作用时，小车做加速度_的运动。A.不断减小B.不断增大C.先增大后减小D.先减小后增大(2)小车的最大速度出现在计数点_、_之间，设打点周期为T，则由纸带测量数据可估算小车的最大速度vm_，该估算值_(选填“等于”、“大于”或“小于”)小车最大速度的真实值。解析(1)依题意，图8可看作vt图象，由图中曲线可知，小车速度达到最大后做减速运动，说明小车与桌面间有摩擦力，因此小车的加速度a。在橡皮条弹力F的作用下，小车向左运动，橡皮条伸长量减小，弹力减小，当弹力
10、F减小到等于摩擦力Ff时，加速度为零，此时橡皮条仍然处于伸长状态，之后由于弹力小于摩擦力小车做减速运动，在弹力为零后小车只受摩擦力而做匀减速运动，图线为直线。故在橡皮条弹力作用下，小车先加速后减速，加速度先减小后反向增大，D选项正确。(2)在相同时间T内，速度越大，位移越大，因此小车的最大速度出现在位移大的一段，即计数点2、3之间。最大速度接近并大于计数点2、3之间的平均速度，可以用vm来估算。答案(1)D(2)23小于5.(2015毫州市高三期末质量评估)如图9所示，某同学在做“探究功与速度变化的关系”的实验。当小车在1条橡皮筋的作用下沿木板滑行时，橡皮筋对小车做的功记为W；当用2条、3条、
11、橡皮筋重复实验时，设法使每次实验中橡皮筋所做的功分别为2W、3W、。图9(1)图中电火花计时器的工作电压是_V的交变电流；(2)实验室提供的器材如下：长木板、小车、橡皮筋、打点计时器、纸带、电源等，还缺少的测量工具是_；(3)图中小车上有一固定小立柱，下图给出了4种橡皮筋与小立柱的套接方式，为减小实验误差，你认为最合理的套接方式是_；(4)在正确操作的情况下，某次所打的纸带如图10所示。打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度，应选用纸带的_部分进行测量(根据下面所示的纸带回答)，小车获得的速度是_m/s。(计算结果保留两位有效数字)图10解析(1)电火花计时器的工作电
12、压是220 V的交变电流；(2)用打点计时器打出纸带后，记录了位置和时间，如果计算速度还需要测出位移，故需要刻度尺；(3)实验的操作要求是使橡皮筋的弹性势能全部转化为小车的动能，为避免橡皮筋与立柱之间相互作用，只有A符合要求；(4)使橡皮筋的弹性势能全部转化为小车的动能后，小车做匀速运动，纸带GJ符合要求，由v得v0.65 m/s。答案(1)220(2)刻度尺(3)A(4)GJ0.656.(2015山东理综，21)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤：将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。如图11甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向
13、下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧秤示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：F(N)00.501.001.502.002.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.05找出中F2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O，橡皮筋的拉力记为FO O。在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力
14、记为FOB。图11完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在给出的坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0_cm。(2)测得OA6.00 cm，OB7.60 cm，则FOA的大小为_N。(3)根据给出的标度，作出FOA和FOB的合力F的图示。(4)通过比较F与_的大小和方向，即可得出实验结论。解析(1)做出Fl图象，如图甲所示，求得直线的截距即为l0，可得l010.0 cm (2)可计算橡皮筋的劲度系数k N/m50 N/m若OA6.00 cm，OB7.60 cm，则橡皮筋的弹力为Fkx50(6.007.6010.00)102 N1.80 N则此时FOAF1.80 N(3)FOBFOA1.80 N，两力的合力F如图乙所示。(4)通过比较F和FO O的大小和方向，可得出实验结论。答案(1)如图甲所示10.0(9.8、9.9、10.1均正确)(2)1.80(1.701.90均正确)(3)如图乙所示(4)FO O