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第11讲 力学实验,1.(2013江苏单科，11)某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度，实验装置如图1所示。倾斜的球槽中放有若干个小铁球，闭合开关K，电磁铁吸住第1个小球。手动敲击弹性金属片M，M与触头瞬间分开，第1个小球开始下落，M迅速恢复，电磁铁又吸住第2个小球。当第1个小球撞击M时，M与触头分开，第2个小球开始下落这样，就可测出多个小球下落的总时间。,图1,(1)在实验中，下列做法正确的有_。 A.电路中的电源只能选用交流电源 B.实验前应将M调整到电磁铁的正下方 C.用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度 D.手动敲击M的同时按下秒表开始计时 (2)实验测得小球下落的高度H1.980 m，10个小球下落的总时间T6.5 s。可求出重力加速度g_m/s2。(结果保留两位有效数字),(3)在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的两个办法。 (4)某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间t磁性才消失，因此，每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差t，这导致实验误差。为此，他分别取高度H1和H2，测量n个小球下落的总时间T1和T2。他是否可以利用这两组数据消除t对实验结果的影响？请推导说明。,答案 (1)BD (2)9.4 (3)增加小球下落的高度；多次重复实验，结果取平均值。(其他答案只要合理也可) (4)可以消除t对实验结果的影响，推导过程见解析,2.(2014江苏单科，11)小明通过实验验证力的平行四边形定则。 (1)实验记录纸如图2所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为：F13.30 N、F23.85 N和F34.25 N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。,图2,(2)仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。 实验装置如图3甲所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O点，下端N挂一重物。用与白纸平行的水平力缓慢地移动N，在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程，再次记录下N的轨迹。,图3,两次实验记录的轨迹如图乙所示。过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点，则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为_。,(3)根据(2)中的实验，可以得出的实验结果有哪些？_。 (填写选项前的字母) A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比 B.两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长 C.两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大 D.两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大 (4)根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项。,(3)两次实验结果表明：两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长，B对；橡皮筋的长度与受到的拉力不成正比，A错；两次被拉伸长度相同时，橡皮筋第1次受到的拉力较大，C错；两次受到的拉力相同时，拉力越大，对应的角越大，两次的长度之差越大，D对。 (4)见答案。,答案 (1)见右图，F合4.64.9都算对 (2)FaFb (3)BD (4)橡皮筋拉伸不宜过长；选用新橡皮筋。(或：拉力不宜过大；选用弹性好的橡皮筋；换用弹性好的轻弹簧。),3.(2015江苏单科，11)某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律。实验装置如图4所示，打点计时器的电源为50 Hz的交流电。,图4,(1)下列实验操作中，不正确的有_。 A.将铜管竖直地固定在限位孔的正下方 B.纸带穿过限位孔，压在复写纸下面 C.用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落 D.在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源 (2)该同学按正确的步骤进行实验(记为“实验”)，将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为O点，每隔一个计时点取一个计数点，标为1，2，8。用刻度尺量出各计数点的相邻两计时点到O点的距离，记录在纸带上，如图5所示。,图5,计算相邻计时点间的平均速度 ，粗略地表示各计数点的速度，抄入下表。请将表中的数据补充完整。,(3)分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是_；磁铁受到阻尼作用的变化情况是_。 (4)该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作(记为“实验”)，结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同。请问实验是为了说明什么？对比实验和的结果可得到什么结论？,答案 (1)CD (2)39.0 (3)逐渐增大到39.8 cm/s且增加的越来越慢 逐渐增大到等于重力 (4)为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用，磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用,主要题型：填空题 知识热点 (1)命题规律 从近三年高考对力学实验的考查，处处渗透着新课程信息，试题“来源于教材而不拘泥于教材”。试题侧重对学生独立完成实验的能力的考查，实验命题并不回避学生做过的经典实验，只是在经典实验基础上做有限的变化，考查学生独立解决新问题的能力和知识迁移能力，体现新课程倡导的三维目标。,(2)题型特点 “常规实验题”：该小题命题立足教材，侧重考查完成实验的能力。涉及基本仪器的使用(含读数)、实验原理和测量方法的理解、实验条件的控制、实验步骤的编排、实验数据的处理、实验误差的分析。 “能力迁移题”：该命题立足迁移，侧重考查设计简单实验方案的能力。突出实验原理的迁移、测量方法的迁移、数据处理方法的迁移(图象法和平均值法)等。 “创新实验题”：“新”可以更加有效地考查学生分析问题的能力，区分度也很明显。其实这类题依然是以实验基础为依据，只不过在新的背景、新的命题方式下进行考查。,考向一 “纸带类”实验(一套装置、一条纸带串联力学五个实验),1.(探究速度随时间变化的规律)(2015南京市高三教学测试)(1)如图6所示为“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置图，按照实验要求应该( ),图6,A.先释放小车，再接通电源 B.先接通电源，再释放小车 C.同时释放小车和接通电源 (2)本实验必须( ) A.要平衡摩擦力 B.要求悬挂物的质量远小于小车的质量 C.上述两项要求都不需要,(3)如图7为在“探究小车速度随时间的变化规律”实验中，得到的纸带，从中确定五个计数点，量得d18.00 cm，d217.99 cm，d330.00 cm，d444.01 cm。每相邻两个计数点间的时间间隔是0.1 s。则打C点时小车的速度vC_ m/s，小车的加速度a_ m/s2。(结果保留两位有效数字),图7,答案 (1)B (2)C (3)1.1 2.0,2.(探究加速度与物体质量、物体受力的关系) 某同学利用如图8甲所示的装置探究“加速度与力、质量的关系”。,图8,(2)在实验中，利用打点计时器打出了多条纸带，该同学选取了其中较为理想的一条进行分析，纸带上A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔是0.1 s，距离如图乙所示，单位是cm，则小车的加速度为_m/s2。(结果保留三位有效数字),答案 (1)CD (2)1.59,3.(验证机械能守恒定律)某同学利用如图9所示的装置来验证由小车与钩码组成的系统机械能守恒,图9,(1)现提供如下器材： A.小车 B.钩码 C.一端带滑轮的长木板 D.细绳 E.电火花打点计时器 F.纸带 G.毫米刻度尺 H.游标卡尺 I.低压交流电源 J.220 V交流电源 实验中不需要的器材是_(填写器材前的字母)，还需要的器材是_。 (2)为尽可能消除摩擦力对本实验的影响，使验证结果尽可能准确，则小车质量M和钩码质量m的关系应该满足_。 (3)小明和小军同学在做该实验时，小明认为只要采用平衡摩擦力的方法将摩擦力平衡掉就可以了，无须满足(2)问中小车质量M和钩码质量m的关系，而小军却否认小明的看法，你认为小明的看法_(选填“正确”或“不正确”)，理由是_。,(4)两位同学统一观点后完成实验，得到一条纸带，去掉前面比较密集的点，选择点迹清晰且便于测量的连续7个点(标号为06)，测出相关距离如图10所示，要验证在第2点与第5点时系统的机械能相等，则应满足关系式_。(设小车质量M，钩码质量m，打点周期为T),图10,解析 (1)实验不需要游标卡尺，距离由刻度尺测量，电火花计时器直接使用220 V交流电源，不需要低压交流电源，不需要的器材是H、I，还需要天平测量钩码的质量。 (2)为尽可能消除摩擦力对本实验的影响，使验证结果尽可能准确，则小车质量M和钩码质量m的关系应该满足Mm，这样能使摩擦力做的功相对少些，以减少机械能的损失。 (3)小明的看法不正确，因为平衡摩擦力后，摩擦力还做负功，系统机械能不守恒。,4.(测重力加速度)2015广东理综，34(1)某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度。 请完成以下主要实验步骤：按图11(a)安装实验器材并连接电源；竖直提起系有重物的纸带，使重物_(填“靠近”或“远离”)计时器下端；_，_，使重物自由下落；关闭电源，取出纸带；换新纸带重复实验。 图(b)和(c)是实验获得的两条纸带，应选取_(填“b”或“c”)来计算重力加速度。在实验操作和数据处理都正确的情况下，得到的结果仍小于当地重力加速度，主要原因是空气阻力和_。,图11,解析 为了使纸带打下的点多一些，竖直提起悬吊重物的纸带时应使重物靠近打点计时器下端，且应先接通电流，再释放纸带，使重物自由下落。 重物下落是匀加速运动，故应选“b”来计算重力加速度；重物下落过程中系统受重力，空气阻力，纸带与打点计时器间的摩擦力等。 答案 靠近 先接通打点计时器电源，再释放纸带 b 纸带与打点计时器之间有摩擦,5.(测定动摩擦因数) 测定木块与长木板之间的动摩擦因数时，采用如图12甲所示的装置，图中长木板水平固定。,图12,(1)实验过程中，电火花计时器接在频率为50 Hz的交流电源上。调整定滑轮高度，使_。 (2)已知重力加速度为g，测得木块的质量为M，砝码盘和砝码的总质量为m，木块的加速度为a，则木块与长木板间的动摩擦因数_。 (3)如图乙所示为木块在水平木板上带动纸带运动时打出的一条纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6为计数点，相邻两计数点间还有4个点未画出。从纸带上测出x13.20 cm，x24.52 cm，x58.42 cm，x69.70 cm。则木块加速度大小a_m/s2(结果保留两位有效数字)。,考向二 “橡皮条、弹簧”类实验,6.(2015安徽理综，21)在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端。用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图13所示。请将以下的实验操作和处理补充完整：,图13,用铅笔描下结点位置，记为O； 记录两个弹簧测力计的示数F1和F2，沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线； 只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O，记录测力计的示数F3，_； 按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3； 根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F； 比较_的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验。,解析 此步骤中应记录此时拉力的大小和方向，结合的操作，中横线应填写：沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线。要验证平行四边形定则，需要比较F与F3的大小，方向是否一致，故中横线应填写F和F3 答案 沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线 F和F3,7.(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14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：,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段的拉力记为FOB。,图14,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,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,高频考点十二 力学探究实验,探究型实验通常可分为两类：第一类为通过实验和实验数据的分析得出物理规律；第二类为给出实验规律，让你选择实验仪器，设计实验步骤，并进行数据处理。第一类必须在实验数据上下工夫，根据数据特点，掌握物理量间的关系，得出实验规律；第二类必须从已知规律入手，正确选择测量的物理量，根据问题联想相关的实验模型，确定实验原理，选择仪器设计实验步骤，记录实验数据并进行数据处理。,(10分)(2015新课标全国卷，22)某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R0.20 m)。,图15,完成下列填空： (1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图15(a)所示，托盘秤的示数为1.00 kg； (2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图(b)所示，该示数为_ kg； (3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧，此过程中托盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示：,(4)根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为_ N；小车通过最低点时的速度大小为_ m/s。(重力加速度大小取9.80 m/s2，计算结果保留2位有效数字),答案 (2)1.40(3分) (4)7.9(3分) 1.4(4分),(10分)某同学在做“探究小车速度随时间变化规律”的实验时，得到一条点迹清晰的纸带如图16，在纸带上依次选出7个计数点，分别标以O、A、B、C、D、E和F，每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源的频率是50 Hz。,图16,(1)如果测得C、D两点间距s42.70 cm，D、E两点间距s52.90 cm，则据此数据计算在打D点时小车的速度公式_，小车的速度值vD_m/s。(保留三位有效数字),(2)该同学分别算出在打其他点时小车的速度：vA0.220 m/s，vB0.241 m/s，vC0.258 m/s，vE0.300 m/s，请设计实验数据记录表格填入框中，并在坐标系中作出小车运动的vt图象，设O点为计时起点。,(3)由所作vt图象判断，小车所做的运动为_。,(3)匀加速直线运动(2分),
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