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- 2021-05-14 发布
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力学实验专题
1、如图为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装置。
(1)在该实验中必须采用控制变量法,应保持___________不变,用钩码所受的重力作为___________,用DIS测小车的加速度。
(2)改变所挂钩码的数量,多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线(如图所示)。
①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_________________________________。
②(单选题)此图线的AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是( )
(A)小车与轨道之间存在摩擦 (B)导轨保持了水平状态
(C)所挂钩码的总质量太大 (D)所用小车的质量太大
2.(10分)(注意:在试卷上作答案无效)
某同学为了探究物体在斜面上的运动时摩擦力与斜面倾角的关系,设计实验装置如图。长直平板一端放在水平桌面上,另一端架在一物块上。在平板上标出A、B两点,
B点处放置一光电门,用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间。
实验步骤如下:
① 用游标卡尺测量滑块的挡光长度d,
用天平测量滑块的质量m;
② 用直尺测量AB之间的距离s,A点到水平桌面的垂直距离h1,B点到水平桌面的垂直距离h2;
③ 将滑块从A点静止释放,由光电计时器读出滑块的挡光时间t1
④ 重复步骤③数次,并求挡光时间的平均值;
⑤ 利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值;
⑥ 多次改变斜面的倾角,重复实验步骤②③④⑤,做出f-关系曲线。
(1) 用测量的物理量完成下列各式(重力加速度为g):
① 斜面倾角的余弦= ;
② 滑块通过光电门时的速度v= ;
① 滑块运动时的加速度a= ;
② 滑块运动时所受到的摩擦阻力f= ;
(2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图所示,读得d= 。
答案(1)①
②
③
④
(2)3.62cm
【解析】(1)物块在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动,受重力、支持力、滑动摩擦力,如图所示① 根据三角形关系可得到,②根据③根据运动学公式,有,即有
④根据牛顿第二定律,则有.
(2) 在游标卡尺中,主尺上是3.6cm,在游标尺上恰好是第1条刻度线与主尺对齐,再考虑到卡尺是10分度,所以读数为3.6cm+0.1×1mm=3.61cm或者3.62cm也对.
打点计时器
滑块
砝码
托盘
3、(2008宁夏卷)Ⅱ、物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数.实验装置如图,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端装有定滑轮;木板上有一滑块,其一端与电磁打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz.开始实验时,在托盘中放入适量砝码,滑块开始做匀加速运动,在纸带上打出一系列小点。说明:关于纸带的计算
1.40
1.89
2.40
2.88
3.39
3.88
4.37
单位 cm
0
1
2
3
4
5
6
7
⑴上图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分:0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示。根据图中数据计算的加速度a= (保留三位有效数字).
⑵回答下列两个问题:
①为测量动摩擦因数,下列物理量中还应测量的有 .(填入所选物理量前的字母)
A.木板的长度l B.木板的质量m1 C.滑块的质量m2
D.托盘和砝码的总质量m3 E.滑块运动的时间t
②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是 .
⑶滑块与木板间的动摩擦因数μ= (用被测物理量的字母表示,重力加速度为g).与理论值相比,测量的动摩擦因数 (填“偏大”或“偏小” ).写出支持你的看法的一个论据:
答:⑴0.495~0.497 m/s2;
⑵①CD; ②天平;
⑶对滑块和砝码盘由牛顿第二定律
偏大;打点计时器振动时会对纸带产生阻力,使测得的加速度偏小,因而使测量的μ偏大。
问题:你不觉得这个实验太麻烦了吗?这个实验能否简化呢?怎样简化?
4、
(2003江苏物理第12题)实验装置如图1所示:一木块放在水平长木板上,左侧栓有一细软线,跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连。木块右侧与打点计时器的纸带相连。在重物牵引下,木块在木板上向左运动,重物落地后,木块继续向左做匀减速运动,图2给出了重物落地后,打点计时器在纸带上打出的一些点,试根据给出的数据,求木块与木板间的摩擦因数μ。要求写出主要的运算过程。结果保留2位有效数字。(打点计时器所用交流电频率为50Hz,不计纸带与木块间的拉力。取重力加速度g=10m/s2)
打点计时器
纸带
图1
纸带运动方向
7.72 7.21 6.71 6.25 5.76 5.29 4.81 4.31
图2
单位:cm
【解析】由给出的数据可知,重物落地后,木块在连续相等的时间T内的位移分别是:s1=7.72cm,s2=7.21cm,s3=6.71cm,s4=6.25cm,s5=5.76cm,s6=5.29cm,s7=4.81cm,s8=4.31cm 以a表示加速度,根据匀变速直线运动的规律,有,又知T=0.04s,解得a=-3.0m/s2。重物落地后木块只受摩擦力的作用,根据牛顿第二定律有:
-μmg=ma,解得μ=0.30。
【答案】根据图2中数据利用逐差法得
=-3.0m/s2。
由-μmg=ma,解得μ=0.30。
【点评】此题考查摩擦力定律、逐差法、牛顿第二定律及其相关知识点。
问题:还可以怎样简化。
2013年新课标卷(改造了2008年宁夏卷的实验题)
评价:现代科技的应用也是为了简化实验。
5、(2007广东卷)如图11(a)所示,小车放在斜面上,车前端栓有不可伸长的细线,跨过固定在斜面边缘的小滑轮与重物相连,小车后面与打点计时器的纸带相连。起初小车停在靠近打点计时器的位置,重物到地面的距离小于小车到滑轮的的距离。启动打点计时器,释放重物,小车在重物的牵引下,由静止开始沿斜面向上运动,重物落地后,小车会继续向上运动一段距离。打点计时器使用的交流电频率为50 Hz。图11(b)中a、b、c是小车运动纸带上的三段,纸带运动方向如箭头所示。
(a)
2.72
2.82
2.92
2.98
2.82
2.62
2.08
1.90
1.73
1.48
1.32
1.12
单位:cm
a
b
c
图11 (b)
⑴根据所提供纸带上的数据,计算打c段纸带时小车的加速度大小为_________m/s2。(结果保留两位有效数字)
⑵打a段纸带时,小车的加速度是2.5 m/s2。请根据加速度的情况,判断小车运动的最大速度可能出现在b段纸带中的_________。
⑶如果取重力加速度10 m/s2,由纸带数据可推算出重物与小车的质量比为_________。
6、验证机械能守恒
A、如图,一很长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮,绳两端各系一小球a和b。a球质量为m,静置于地面;b球质量为3m, 用手托住,高度为h,此时轻绳刚好拉紧。从静止开始释放b后,a可能达到的最大高度为
A.h B.l.5h C.2h D.2.5h
B、如图所示,两个质量各为m1和m2的小物块A和B,分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,已知m1>m2,现要利用此装置验证机械能守恒定律.
(1)若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量,则需要测量的物理量有 (在答题卡上对应区域填入选项前的编号)
①物块的质量m1、m2;
②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间;
③物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间;
④绳子的长度.
(2)为提高实验结果的准确程度,某小组同学对此实验提出以下建议:
①绳的质量要轻:
②在“轻质绳”的前提下,绳子越长越好;
③尽量保证物块只沿竖直方向运动不要摇晃;
④两个物块的质量之差要尽可能小.
以上建议中确实对提高准确程度有作用的是 。(在答题卡上对应区域填入选项前的编号)
(3)写出一条上面没有提到的提高实验结果准确程度有益的建议:
7、如图所示,将打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置可以测定重力和速度。
① 所需器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架
台和带夹子的重物,此外还需 (填字母代号)中的器材。
A.直流电源、天平及砝码 B.直流电源、毫米刻度尺
C.交流电源、天平及砝码 D.交流电源、毫米刻度尺
② 通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据,提高实验的准确
程度。为使图线的斜率等于重力加速度,除作v-t图象外,还可作
图象,其纵轴表示的是 ,横轴表示的是 。
小车
打点计时器
纸带
接电源
图2
8、某同学用图2所示的实验装置研究小车
在斜面上的运动。
实验步骤如下:
a.安装好实验器材。
b.接通电源后,让拖着纸还的小车沿平板斜面
向下运动,重复几次。
选出一条点迹比较清晰的纸带,舍去开始密集的
点迹,从便于度量的点开始,每两个打点间隔取一个计数点,如图3中
0、1、2、……6点所示。
c.测量1、2、3……6计数点到0计数点的距离,分别记作:S1、S2、S3…S6
d.通过测量和计算,该同学判断出小车沿平板做匀加速直线运动。
e.分别计算出S1、S2、S3…S6与对应时间的比值。
f.以为纵坐标、t为横坐标,标出与对应时间t的坐标点,画出-t图线。
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
144
15
16
17
18
19
20
0
1
2
3
4
5
6
S1
S2
S3
S4
S5
S6
图3
0
1
2
3
13
0
1
2
5
图4
结合上述实验步骤,请你完成下列任务:
①实验中,除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、平板、铁架台、导线及开关外,在下面的仪器和器材中,必须使用的有 和 。(填选项代号)
S
t
/cms-1
t/×0.01s
10
20
30
40
50
60
70
80
0
5
10
15
20
25
图5
A.电压合适的50Hz的交流电源
B.电压可调的直流电源
C.刻度尺 D.秒表
E.天平 F重锤
②将最小刻度为1mm的刻度尺的0刻度线与0计数点对齐,0、1、2、5计数点所在位置如图4所示,则S2= cm , S5= cm
③该同学在图5中已标出1、3、4、6计数点对应的坐标点,请你在该图中标出与2、5两个计数点对应的坐标点,并画出-t图线。
④根据-t图线判断,在打0计数点时,小车的速度
v0= m/s;它在斜面上运动的加速度a=______m/s2。
例题9:乙同学采用如图3所示的装置进行了有关“动能定理”研究的实验。
纸带
电火花计时器
图3
配重
垫木
小车
a.按图3把实验器材安装好,不挂配重,反复移动垫木直到小车能够做匀速直线运动;
b.把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂质量为100g的配重。接通电源,放开小车,电火花计时器在被小车带动的纸带上打下一系列点。从某点A开始,此后在纸带上每隔4个点取一个计数点,依次标为B、C、D……;
c.测量出B、C、D、……各点与A点的距离,分别记为、、、……;
d.用配重受到的重力分别乘以、、、……,得到配重重力所做的功W1、W2、W3、……;(重力加速度g=9.80m/s2)
e.求出B、C、D、……各点速度的大小,分别记为、、、……,再求出它们的平方、、、……;
f.用纵坐标表示速度的平方,横坐标表示配重重力所做的功W,作出图象,并在图象中描出(,)坐标点,再连成图线;
(以下计算保留到小数点后两位)
①在步骤d中,该同学测得,则配重重力所做的功 J;
②该同学得到的图象如图4所示。通过图象可知,打A点时对应小车的速度
图4
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1.0
W/J
υ2/(m2﹒s-2)
0.6
2.0
3.0
0.5
1.5
2.5
m/s;
③小车的质量M= kg.
10、(09广东)某试验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能原理”。如图12,他们将拉力传感器固定在小车上,用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连,用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平面上相距50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器,
记录小车通过A、B时的速度大小、小车中可以放置砝码。
(1)试验主要步骤如下:
①测量 和拉力传感器的总质量M1;把细线的一端固定在拉力传感器上,另一端通过定滑轮与钩码相连;正确连接所需电路;
②将小车停在C点, ,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力及小车通过A、B时的速度;
③在小车中增加砝码,或 ,重复②的操作.
(2)表1是他们测得的一组数据,期中M是M1与小车中砝码质量之和,是两个速度传感器记录速度的平方差,可以据此计算出动能变化量△E,F是拉力传感器受到的拉力,W是F在A、B间所做的功。表格中的△E3= ,W3= .(结果保留三位有效数字)
(3)根据表1,请在图13中的方格纸上作出△E-W图线.
图13
15.(1)①小车;②由静止开始释放小车;
③改变小车质量.
(2)0.600J,0.610J.
(3)△E-W图线如图所示
评价:图像问题斜率和截距是解决问题的突破口。