高中物理 力学实验中纸带问题的处理素材.docx
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高中物理力学实验中纸带问题的处理素材
一、实验,探究题
1、有一游标卡尺，主尺的最小分度是1mm，游标上有20个小的等分刻度。
用它测量一小球的直径，如图甲所示的读数是 mm。
用螺旋测微器测量一根金属丝的直径，如图乙所示的读数是 mm。
2、（4分）某同学用如图所示的装置测定重力加速度。
①打出的纸带如图所示，实验时纸带的_____端通过夹子和重物相连接。
（选填“甲”或“乙”）
②纸带上1至9各点为计时点，由纸带所示数据可算出实验时的重力加速度为_______m/s2。
（已知交流电频率为50Hz）
③若当地的重力加速度数值为9.8m/s2，请列出测量值与当地重力加速度的值有差异的一个原因______________________。
3、（4分）如图所示是某研究性学习小组做探究“橡皮筋做的功和物体速度变化的关系”的实验,图中是小车在一
条橡皮筋作用下弹出沿木板滑行的情形,这时橡皮筋对小车做的功记为W．当我们用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时,每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放,小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出．
①实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动,
应采取的措施是 ．
②在正确操作情况下,打出如下图所示纸带，为了测量小车获得的速度,应选用纸带的 部分进行测量
4、（8分）某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。
频闪仪每隔0.05s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表（当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m=0.2kg，计算结果保留三位有效数字）：
时刻
t2
t3
t4
t5
速度（m/s）
4.99
4.48
3.98
⑴由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度V5= m/s；
⑵从t2到t5时间内，重力势能增量
Ep= J，动能减少量
Ek= J；
⑶在误差允许的范围内，若
Ep与
Ek近似相等，从而验证了机械能守恒
定律。
由上述计算得
Ep
Ek（选填“＞”、“＜”或“=”），造成这种结果的主要原因是 。
5、（9分）某课外兴趣小组利用下图的实验装置研究“合外力做功和物体动能变化之间的关系”以及“加速度与合外力的关系”
（1）该小组同学实验时先正确平衡摩擦力，并利用钩码和小车之间连接的力传感器测出细线上的拉力，改变钩码的个数，确定加速度错误！
不能通过编辑域代码创建对象。
与 细线上拉力F的关系，下列图象中能表示该同学实验结果的是 ▲
（2）在上述实验中打点计时器使用的交流电频率为50Hz，某此实验中一段纸带的打点记录如图所示，则小车运动的加速度大小为 ▲ m/s2（保留3位有效数字）
（3）实验时，小车由静止开始释放，已知释放时钩码底端离地高度为H，现测出的物理量还有：
小车由静止开始起发生的位移s（s＜H）、小车发生位移s时的速度大小为v，钩码的质量为m，小车的总质量为M，设重力加速度为g，则mgs ▲ （选填“大于”、“小于”或“等于”）小车动能的变化；
6、在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中
⑴某同学在接通电源进行实验之前，将实验器材组装如图所示．请你指出该装置中的错误或不妥之处（写出两处即可）：
①
②
⑵改正实验装置后，该同学顺利地完成了实验，下图是他实验中得到的一条纸带，图中A、B、C、D、E为相邻计数点，相邻计数点的时间间隔是0.10s，标出的数据单位为cm，则打点计时器在打C点时小车的瞬时速度
是 m/s，根据纸带所提供的数据，算得小车的加速度大小为 m/s2．
7、（8分）用如右图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6V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
①下面列举了该实验的几个操作步骤
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．如下图是打出的一条纸带，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下图所示．使用电流的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式
。
（用
、
、
、
及
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 ．
8、
（1）在一次探究活动中，某同学用如图（a）所示的装置测量铁块A与放在光滑水平桌面上的金属板B之间的动摩擦因数，已知铁块A的质量mA=1.5kg，用水平恒力F向左拉金属板B，使其向左运动，弹簧秤示数的
放大情况如图所示，则A、B间的动摩擦因数μ= （g=10m/s2）
（2）该同学还设计性地将纸带连接在金属板B的后面，通过打点计时器连续打下一些计时点，取时间间隔为0.1s的几个点，如图（b）所示，各相邻点间距离在图中标出.则在打C点时金属板被拉动的速度v= m/s.（保留两位有效数字）
9、（8分）用如图所示的实验装置，探究弹力和弹簧伸长的关系。
实验主要操作步骤如下：
先将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上。
当弹簧自然下垂时，读取指针指示的刻度数值L0；当弹簧下端挂一个100g的钩码，读取指针指示的刻度数值L1；弹簧下端挂两个100g的钩码，读取指针指示的刻度数值L2；……；挂七个100g的钩码时，读取指针指示的刻度数值L7。
（计算结果保留三位有效数字，g取10m/s2）
（1）下表是甲实验小组的数据记录和处理的表格，请你在答题纸空格上直接填写甲组实验得到的弹簧劲度系数k甲。
“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验数据记录及处理
（甲组）
钩码个数n
0
1
2
3
4
5
6
7
钩码质量mn（g）
0
100
200
300
400
500
600
700
刻度尺读数Ln（cm）
5.70
7.40
9.10
10.85
12.60
14.30
16.10
18.05
d1=L4—L0（cm）
6.90
d2=L5—L1（cm）
6.90
d3=L6—L2（cm）
7.00
d4=L7—L3（cm）
7.20
k（N/m）
（2）乙实验小组换用不同的弹簧做实验，采用图像法处理实验数据；以刻度尺读数L为横坐标，以所挂钩码质量m为纵坐标，所画图象如下图所示。
根据该图象可知，乙实验小组采用的弹簧的劲度系数
k乙为_________N/m；
10、在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，测得纸带上计数点的情况如图所示，A、B、C、D、E为选好的计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.04s。
由此可知：
小车的加速度a= ▲ m/s2；打点计时器打下C点和A点时，小车的瞬时速度分别为
= ▲ m/s，
= ▲ m/s。
（结果取两位有效数字）
11、①伽利略通过研究自由落体和物块沿光滑斜面的运动，首次发现了匀加速运动规律．伽利略假设物块沿斜面运动与物块自由下落遵从同样的法则，他在斜面上用刻度表示物块滑下的路程，并测出物块通过相应路程的时间，然后用图线表示整个运动过程，图中OA表示测得的时间，矩形OAED的面积表示该时间内物块经过的路程，则图中OD的长度表示 ．P为DE的中点，连接OP且延长交AE的延长线于B，则AB的长度表示 ．
②．在“研究平抛运动”的实验中，为了得到平抛运动的轨迹，可以采用描迹法，也可以采用拍摄闪光照片的方法．
⑴为了描绘出小球平抛运动的轨迹，实验时按图a安装好器材，需注意斜槽末端 ，并让小球多次从 位置上滚下．
⑵如图b所示，为一平抛物体运动的闪光照片示意图，照片与实际大小相比缩小到1/10．对照片中小球的位置进行测量，可得1与4闪光点竖直距离为1.5cm，4与7闪光点竖直距离为2.5cm，各闪光点之间水平距离均为0.5cm．则小球抛出时的速度大小为 m／s；抛出点距闪光点1的实际水平距离为 cm，实际竖直距离为 cm．（不计空气阻力，g取10m／s2）
12、如图为一个小球做平抛运动的闪光照片的一部分，图中竖直背景方格的实际边长均为5cm，那么照片的闪光频率为 Hz；小球做平抛运动的初速度大小为 m/s．（g=10m/s2）
13、碰撞的恢复系数的定义为e=
，其中v10和v20分别是碰撞前两物体的速度，v1和v2分别是碰撞后两物体的速度．某同学用验证动量守恒定律的实验装置（如图所示）求弹性碰撞的恢复系数，实验中使用半径相等的钢质小球1和2，（它们之间的碰撞可近似为弹性碰撞），且小球1的质量大于小球2的质量，小球2碰撞前静止．在实验中需要用刻度尺测量的物理量有 、 和 的长度，写出用测量量表示的的恢复系数的表达式：
．
14、（8分）某同学设计了一个探究小车的加速度
与小车所受拉力F及质量m关系的实验，图（a）为实验装置简图。
（所用交变电流的频率为50Hz）
（1）图（b）为某次实验得到的纸带，实验数据如图，图中相邻计数点之间还有4个点未画出，根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s2。
（保留三位有效数字）
（2）保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度
与质量m及对应的
，数据如下表：
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
8
小车加速度a/m/s2
0.633
0.572
0.479
0.418
0.332
0.250
0.167
0.101
小车质量m/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
1.67
小车质量倒数1/m/kg-1
4.00
3.45
3.03
2.50
2.00
1.41
1.00
0.60
请在方格坐标中画出
图线，并从图线求出小车加速度
与质量倒数
之间的关系式是 。
（3）保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，一位同学根据实验数据作出了加速度
随拉力F的变化图线如图所示。
该图线不通过原点，其主要
参考答案
一、实验,探究题
1、 10.50 1.732 2、（4分）①乙②9.4③纸带和打点计时器间的摩擦阻力、空气阻力……
3、①平衡小车所受的摩擦力②GK（GH、GI、HI等） （每空2分）
4、（8分）
（1）3.48（2分）；
（2）1.24（2分）1.28（2分）；（3）＜（1分） 存在空气阻力（1分）
5、
（1）A
（2）7．50（3）大于
6、⑴ ①打点计时器应该用交变电流（图中为直流电源）；②小车离定滑轮太近（离打点计器较远）；
③未平衡摩擦力（长木板未有一小倾角）。
写出一项给2分，共4分。
⑵0.231（或0.23、或0.2）、0.6（或0.60）（每空2分，共4分）
7、①C B（各2分） ②
（2分） ③重锤的质量m（2分）
8、
（1）0.3（2分）
（2）0.80（2分）
9、
（1）57.2（57.0～57.4都对），4分
（2）11.1（10.8～11.4都对）4分
10、2.5，0.75，0.55；
11、① 平均速度 , 物体的末速度
②⑴切线水平，同一 ⑵1.5 15 5
12、10，1.5
13、OP、OM、ON的长度
14、（8分）
（1）0.510（2分）
（2）图线为过坐标原点的倾斜直线，正确给2分，
关系式
或写成
（2分）
（3）没有平衡摩擦力（2分
1.一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动，圆盘加速转动时，角速度的增加量Δω与对应之间Δt的比值定义为角加速度β（即
）．我们用电磁打点计时器、米尺、游标卡尺、纸带、复写纸来完成下述实验：
（打点计时器所接交流电的频率为50Hz，A、B、C、D……为计数点，相邻两计数点间有四个点未画出）
甲
0
20
6
7
8
cm
主尺
乙
A
B
C
D
E
2.40
5.41
9.00
13.19
（单位：
cm）
18.00
F
丙
①如图甲所示，将打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔，然后固定在圆盘的侧面，当圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上；
②接通电源，打点计时器开始打点，启动控制装置使圆盘匀加速转动；
③经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带，进行测量．
（1）用20分度的游标卡尺测得圆盘的半径如图乙所示，圆盘的半径r为cm；
（2）由图丙可知，打下计数点D时，圆盘转动的角速度为rad/s；
（3）纸带运动的加速度大小为m/s2，圆盘转动的角加速度大小为rad/s2；
（4）如果实验测出的角加速度值偏大，其原因可能是（至少写出1条）．
1．
（1）6.000cm；
（2）6.5rad/s；（3）0.59m/s2，9.8rad/s2；（4）存在空气阻力；纸带与限位孔之间存在摩擦力等．
2、利用如图1所示装置探究动能定理，在斜面体的斜面上，一质量为1kg的物块后面固定一条通过打点计时器的纸带。
先打点，然后让物块从静止开始沿斜面匀加速下滑，得到一条如图2所示的纸带。
O点为打点的第一个点，A、B、C、D、E、F、H是计数点，每相邻两计数点间还有4个点没有标出，OA=17.65cm、AB=11.81cm、BC=14.79cm、CD=17.80cm、DE=20.81cm、EF=23.80cm、FH=26.79cm，根据以上数据进行下列处理。
（g=10m/s2）
O
A
B
C
D
E
F
H
图1
图2
（1）物块匀加速下滑的加速度是m/s2，物体所受的合外力是N。
（结果保留三位有效数字）
（2）完成右表：
从0点到各点的过程
合力所做的功W
单位（J）
各点的动能EK
单位（J）
OB
0.8838
B
0.8845
OC
1.3275
C
1.3276
OD
D
1.8634
OE
2.4858
E
OF
3.1998
F
3.1992
（3）利用
（2）表中的数据，画出下列图象的图线。
（按表中的数据小数点后保留两位作图）
W/J
EK/J
0
（4）根据
（2）表中的数据和（3）中的图线，实验结论是
。
答案：
（1）3.00、3.00；
（2）1.8615、2.4876；（3）略
（4）在误差范围内，合外力做的功等于物体动能的变化量。
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