1、1实验题题型专练(一) 力学实验1某学生做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验，实验时把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码均记下对应的弹簧伸长的长度 x，数据记录如表所示。钩码个数 0 1 2 3 4 5 6 7弹力 F/N 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0弹簧伸长的长度 x/cm 0 2.00 3.98 6.02 7.97 9.95 11.80 14.00(1)根据表中数据在图甲中作出 F x 图线：(2)根据 F x 图线可以求得弹簧的劲度系数为_N/m；(3)估测弹簧弹力为 5 N 时弹簧的弹性势能为_J。(4)一位同学做此实验时得到如图乙所示的 F
2、x 图线，说明此同学可能出现了哪种错误？_。解析 (1)根据描点法可得出对应的 F x 图象，如图所示：(2)根据胡克定律可知，图象的斜率表示劲度系数，则可知 k N/m50 N/m70.142(3)根据图象的性质以及 W Fx 可知，图象与横坐标围成的面积表示弹力所做的功，根据功能关系可知，等于弹簧的弹性势能，故 Ep 50.099 5 J0.25 J；12(4)由图可知，当力达到某一值时，图象发生了弯曲，说明此时已超出了弹簧的弹性限度。答案 (1)见解析图 (2)50 (3)0.25 (4)已超出了弹簧的弹性限度2用图甲所示装置探究物体的加速度与力的关系，实验时保持小车(含车中重物)的质量
3、 M 不变，细线下端悬挂钩码的总重力作为小车受到的合力 F，用打点计时器测出小车运动的加速度 a。3(1)关于实验操作，下列说法正确的是_。A实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行B平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂钩码，使小车在线的拉力作用下能匀速下滑C每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车(2)图乙为实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的 5 个计数点 A、 B、 C、 D、 E，相邻两个计数点之间都有 4 个点迹未标出，测出各计数点到 A 点间的距离。已知所用电源的频率为 50 Hz，打 B 点时小车的速度
4、vB_ m/s，小车的加速度 a_ m/s 2。(3)改变细线下端钩码的个数，得到 a F 图象如图丙所示，造成图线上端弯曲的原因可能是_。解析 (1)调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故 A 正确；在调节木板倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力时，不应悬挂钩码，故 B错误；由于平衡摩擦力之后有， Mgsin Mg cos ，故 tan 。所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变小车所受的拉力，不需要重新平衡摩擦力，故 C 错误；打点计时器要“早来晚走”即实验开始时先接通打点计时器的电源待其平稳工作后再释放小车，而当实验
5、结束时应先控制小车停下再停止打点计时器，故 D 正确；(2)已知打点计时器电源频率为 50 Hz，则纸带上相邻计数点间的时间间隔为T50.02 s0.1 s。根据 x aT2可得： xCE xAC a(2T)2。4小车运动的加速度为 axCE xAC4T2 m/s20.93 m/s 20.163 6 0.063 2 0.063 20.04B 点对应的速度： vB m/s0.316 m/s；xAC2T 0.063 20.2(3)随着力 F 的增大，即随所挂钩码质量 m 的增大，不能满足 Mm，因此图线上端出现弯曲现象。答案 (1)AD (2)0.316 0.93(3)随所挂钩码质量 m 的增大，
6、不能满足 Mm。3为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用 DIS 设计了一个实验，装置如图甲所示，图中 A 为电磁铁， B 为光电门，有一直径为 d、质量为 m 的金属小球通过电磁铁从 A 处由静止释放，下落过程中能通过 A 处正下方、固定于 B 处的光电门，测得A、 B 间的距离为 H，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为 t，单位是毫秒。当地的重力加速度为 g 取 9.8 m/s2，且小球直径 d 远小于 A、 B 间的距离 H。(1)用螺旋测微器测得小球的直径如图乙所示，则 d_m。(2)多次改变高度 H，重复上述实验，作出 H 的变化图象如图丙所示，该图线斜率1t2的
7、理论值 k_(ms) 2 m1 。(保留二位有效数字)(3)实验中发现动能增加量 Ek总是稍小于重力势能减少量 Ep，可能的原因是_(任意答出一条原因即可)。答案 (1)4.70010 3 (2)0.89 (3)受到空气阻力或者 H 测量值偏大(任意答出一条5原因即可)4某实验小组利用如图所示装置进行“探究动能定理”的实验，实验步骤如下：A挂上钩码，调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；B打开速度传感器，取下轻绳和钩码，保持 A 中调节好的长木板倾角不变，让小车从长木板顶端静止下滑，分别记录小车通过速度传感器 1 和速度传感器 2 时的速度大小 v1和v2；C重新挂上细
8、绳和钩码，改变钩码的个数，重复 A 到 B 的步骤。回答下列问题：(1)按上述方案做实验，长木板表面粗糙对实验结果是否有影响？_(填“是”或“否”)；(2)若要验证动能定理的表达式，还需测量的物理量有_；A悬挂钩码的总质量 mB长木板的倾角 C两传感器间的距离 lD小车的质量 M6(3)根据实验所测的物理量，动能定理的表达式为：_。(重力加速度为 g)解析 (1)小车在重力、斜面弹力、摩擦力、细线拉力作用下处于平衡状态，取下钩码后小车的合外力等于钩码的重力，所以长木板表面粗糙对实验结果没有影响。(2)(3)根据动能定理可知，合外力对小车做的功等于小车动能的变化量，则有：mgl Mv Mv ，1
9、2 2 12 21所以要测量悬挂钩码的总质量 m、两传感器间的距离 l 和小车的质量 M。答案 (1)否 (2)ACD (3) mgl Mv Mv12 2 12 215如图所示的装置中，质量为 mA的钢球 A 用细线悬挂于 O 点，质量为 mB的钢球 B 放在离地面高度为 H 的小支柱 N 上。 O 点到 A 球球心的距离为 L。使悬线在 A 球释放前伸直，且线与竖直线的夹角为 ， A 球释放后摆动到最低点时恰与 B 球正碰，碰撞后， A 球把轻质指示针 OC 推移到与竖直线夹角为 处， B 球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸 D，保持 角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个 B
10、 球的落点。(1)图中 x 应是 B 球初始位置到_的水平距离(2)为了探究碰撞中的守恒量，应测得_等物理量。(3)用测得的物理量表示： mAvA_； mAv A_； mBv B_。解析 (1) B 球离开小支柱后做平抛运动， x 是 B 球做平抛运动的水平位移，即： B 球7初始位置到平均落地点的水平距离。(2、3)小球从 A 处下摆过程只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律得mAgL(1cos ) mAv 0，12 2A解得： vA ，2gL(1 cos )则： PA mAvA mA ，2gL(1 cos )小球 A 与小球 B 碰撞后继续运动，在 A 碰后到达最左端过程中，机械能再次
11、守恒，由机械能守恒定律得： mAgL(1cos )0 mAvA 2，12解得： vA ， PA mAvA mA ；2gL(1 cos ) 2gL(1 cos )碰前小球 B 静止，则 PB0；碰撞后 B 球做平抛运动，水平方向： S vB t，竖直方向： H gt2，12解得： vB x ，g2H则碰后 B 球的动量： PB mBvB mBx 。g2H实验需要测量的量有： mA； mB； ； ； H； L； x。答案 (1) B 球平均落点(2)mA、 mB、 、 、 H、 L、 x(3)mA ； mA ； mBx2gL(1 cos ) 2gL(1 cos )g2H6某学习小组在“研究匀变速直
12、线运动”的实验中，用如图所示的气垫导轨装置来测滑块的加速度，由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离 L，窄遮光板的宽度为 d，窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为 t1、 t2。8(1)通过两个光电门的瞬时速度分别为 v1_， v2_。在计算瞬时速度时应用的物理方法是_(填“极限法” “微元法”或“控制变量法”)。(2)滑块的加速度可以表示为 a_(用题中所给物理量表示)。(3)该学习小组在测出滑块的加速度后，经分析讨论，由于滑块在气垫导轨上运动时空气阻力很小，可用上述实验装置来验证机械能守恒定律，为此还需测量的物理量是_和_。机械能守恒的表达式为_(用题中所给物理量和测量的物理量表示)。解
13、析 (1)滑块通过两个光电门的速度等于滑块通过光电门这极短时间内的平均速度，故瞬时速度分别为 和 ，时间取得越短，平均速度越接近瞬时速度，故采用了极限法。dt1 dt2(2)根据运动学公式 2aL v v ，代入可求得加速度 a 。2 21d22L(1t2 1t21)(3)要验证机械能守恒定律就要看沙桶重力势能的减少量和系统动能的增加量是否相等，因此需要测量沙桶的质量和滑块的质量，机械能守恒定律的表达式为mgL (M m)d2 。12 (1t2 1t21)答案 (1) 极限法 (2)dt1 dt2 d22L(1t2 1t21)(3)滑块的质量 M 沙桶的质量 mmgL (M m)d212 (1
14、t2 1t21)7探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图甲所示。实验过程中有平衡摩擦力的步骤，并且设法让橡皮筋对小车做的功以整数倍增大，即分别为 W0、2 W0、3 W0、4 W09(1)实验中首先通过调整木板倾斜程度平衡摩擦力，目的是_(填写字母代号)。A为了释放小车后小车能做匀加速运动B为了增大橡皮筋对小车的弹力C为了使橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功D为了使小车获得较大的动能(2)图乙是在正确操作情况下打出的一条纸带，从中截取了测量物体最大速度所用的一部分，已知相邻两点打点时间间隔为 0.02 s，则小车获得的最大速度 vm_ m/s(保留三位有效数字)
15、。(3)几名同学在实验中分别得到了若干组橡皮筋对小车做的功 W 与小车获得的最大速度vm的数据，并利用数据绘出了图丙给出的四个图象，你认为其中正确的是_。解析 (1)本实验目的是探究合外力做功与物体速度的关系，平衡摩擦力后，橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功。(2)vm m/s1.22 m/s，小车做加速度变化的加速运动，当匀速时，2.4410 20.0210速度最大。(3)由 W v 知 D 正确。2m答案 (1)C (2)1.22 (3)D8如图甲为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图，实验步骤如下：用天平测量物块和遮光片的总质量 M、重物的质量 m，用游标卡尺测量遮光片
16、的宽度d；用米尺测量两光电门之间的距离 s：调整轻滑轮，使细线水平；让物块从光电门 A 的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门 A和光电门 B 所用的时间 t1和 t2，求出加速度 a；多次重复步骤，求加速度的平均值 ；a根据上述实验数据求出动摩擦因数 。回答下列问题：(1)测量 d 时，某次游标卡尺(主尺的分度值为 1 mm)的示数如图乙所示，其读数为_cm；(2)物块的加速度 a 可用 d、 s、 t1和 t2表示为 a_；(3)动摩擦因数 可用 M、 m、 和重力加速度 g 表示为 _。a解析 (1)游标卡尺读数为 d1.1 cm60.05 mm1.130 cm11(2)据运动学公式 2ax v2 v 有202as 2 2(d t2) ( d t1)得 a12s( d t2)2 ( d t1)2(3)对物块和重物组成的系统受力分析，则有：mg Mg ( M m)a得 。mg (M m)aMg答案 (1)1.130 (2) (3)12s( d t2)2 ( d t1)2 mg (M m)aMg
