力学实验专练.docx

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力学实验专练

力学实验部分专练

力学实验考试说明

主题

内容

要求

说明

力学实验

实验一：

研究匀变速直线运动

实验二：

探究弹力和弹簧伸长的关系

实验三：

验证力的平等四边形定则

实验四：

验证牛顿运动定律

实验五：

探究动能定理

实验六：

验证机械能守恒定律

实验七：

验证动量守恒定律

1．要求会正确使用的仪器主要有：

刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、等。

2．要求认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道用多次测量求平均值的方法减少偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差。

3．要求知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果。

间接测量的有效数字运算不作要求。

4、从2017开始增加了实验七（验证动量守恒定律）

命题典例

1、【研究匀变速直线运动】

（1）图13是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。

①已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为_________。

②ABCD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13中读出A、B两点间距s=__________；C点对应的速度是________（计算结果保留三位有效数字）。

【答案】

（1）①0.02s②0.70cm0.100m/s

2、【研究匀变速直线运动】

（1）图14是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点，加速度大小用a表示。

①OD间的距离为________cm。

②图15是根据实验数据绘出的s-t2图线（s为各计数点至同一起点的距离），斜率表示________，其大小为________m/s2（保留三位有效数字）。

【答案】

（1）①1.20②加速度的二分之一0.467

3、【研究匀变速直线运动】利用图1所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度。

一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动，当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t。

改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离s，记下相应的t值；所得数据如下表所示。

s（m）

0.500

0.600

0.700

0.800

0.900

0.950

t（ms）

292.9

371.5

452.3

552.8

673.8

776.4

s/t（m/s）

1.71

1.62

1.55

1.45

1.34

1.22

完成下列填空和作图：

⑴若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度v1、测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是_________________；

⑵根据表中给出的数据，在图2给出的坐标纸上画出s/t-t图线；

⑶由所画出的s/t-t图线，得出滑块加速度的大小为a=_______m/s2（保留2位有效数字）。

【答案】：

（1）

（2）如图（3）2.0

4、【研究匀变速直线运动】1）如图a是某同学做“研究匀变速直线运动”实验时获得的一条纸带．

①打点计时器电源频率为50Hz．A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点，F点由于不清晰而未画出．试根据纸带上的数据，推测F点的位置并在纸带上标出，算出对应的速度vF=m/s（计算结果保留两位有效数字）

②图ｂ是某同学根据纸带上的数据，作出的v－t图象．根据图象，t＝０时的速度v0=m/s、加速度a=　　m/s2（计算结果保留两位有效数字）

【答案】

（1）①如图，vF=7.0×10-１m/s；②2.0×10-１m/s、5.0m/s2

5、【验证力的平行四边形】

（1）“验证力的平行四边形定则”实验中（）

①部分实验步骤如下，请完成有关内容：

A．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线．

B．在其中一根细线挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图15—

（1）所示，记录：

、、．

C．将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，如图15—

（2）所示，小心调整B、C的位置，使，记录．

②如果“力的平行四边形定则”得到验证，那么图15—

（2）中

=．

【答案】①B．钩码个数（或细线拉橡皮筋与细线结点的位置O细线的方向

C．橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点位置重合钩码个数和对应的细线方向②

6、【验证力的平行四边形】

（1）完成以下“验证力的平行四边形定则”实验的几个主要步骤：

①如图甲，用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，记下结点O点的位置、两弹簧测力计的读数F1、F2以及两细绳套的方向．

②如图乙，用一只弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条的结点拉到，记下细绳套的方向（如图丙中的c），读得弹簧测力计的示数F=．

③如图丙，按选定的标度作出了力F1、F2的图示，请在图丙中：

a．按同样的标度作出力F的图示

b．按力的平行四边形定则作出F1、F2的合力F′

【答案】1）②同一位置O4.0N

③a．正确标出F给2分（大小、方向各1分）

b．正确作出F1、F2的合力F′给2分

7、【验证力的平行四边形】（

（1）请完成“验证力的平行四边形定则”实验的相关内容。

①如图a，铺有白纸的水平木板上，橡皮条一端固定在A点，另一端拴两个细绳套。

②如图b，用两个弹簧测力计互成角度拉橡皮条，使绳与橡皮条的结点伸长到某位置并记为O点，记下此时测力计的示数F1和F2，及。

③如图c，用一个弹簧测力计拉橡皮条，使绳与橡皮条的结点拉到O点，记下此时测力计的示数F=N和细绳的方向。

④如图d，已按一定比例作出了F1、F2和F的图示，请用作图方法作出F1和F2的合力F′．

⑤合力F′与F大小相等，方向略有偏差，如果此偏差仅由F1引起，则原因是F1的大小比真实值偏、F1与F2的夹角比真实夹角偏。

（填“大”或“小”）

【答案】

（1）②两条细绳的方向（2分）；③3.00

④作图如答图1；⑤大，大.

（2）作图如答图2；

丙（2分），1.4（范围1.3-1.5）（2分），1.0（范围0.80-1.1）（2分）。

8、【验证力的平行四边形】

（1）如图为“验证力的平行四边形定则”实验，三个细线套L1、L2、L3一端共系于一个结点，另一端分别系于轻质弹簧测力计A、B和重物M上，A挂于固定点P．手持B拉动细线，使结点静止于O点．

①某次实验中A的指针位置如图所示，其读数为_________N；

②实验时要读出A、B的示数，还要在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置、____________、____________和____________；

③下列实验要求中必要的是_________（填选项的字母代号）；

A．弹簧测力计需要在实验前进行校零

B．细线套方向应与木板平面平行

C．需要用托盘天平测量重物M的质量

D．弹簧测力计B始终保持水平

【答案】

（1）①2.00N；②L1的方向、L2的方向和L3的方向；或者L1、L2和L3的方向；或者L1的方向、L2的方向和L3的方向及M的重量；③AB

9、【探究弹力和弹簧伸长的关系】

（1）某次研究弹簧所受弹力F与弹簧长度L关系实验时得到如图a所示的F-L图象，由图象可知：

弹簧原长L0=cm，求得弹簧的劲度系数

k=N/m。

（2）如图b的方式挂上钩码（已知每个钩码重G=1N），使

（1）中研究的弹簧压缩，稳定后指针指示如图b，则指针所指刻度尺示数为cm。

由此可推测图b中所挂钩码的个数为个。

【答案】

（1）3.0（1分），200（1分）

（2）1.50（1分），3（2分）

【探究弹力和弹簧伸长的关系】（某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度（圈数）的关系。

实验装置如图（a）所示；一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P0指同0刻度。

设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x0;挂有质量为0.100kg的砝码时，各指针的位置记为x。

测量结果及部分计算结果如下表所示（n为弹簧的圈数，取重力加速度为9.80

）。

已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88cm。

（1）将表中数据补充完整：

，

。

P1

P2

P3

P4

P5

P6

x0（cm）

2.04

4.06

6.06

8.05

10.03

12.01

x（cm）

2.64

5.26

7.81

10.30

12.93

15.41

n

10

20

30

40

50

60

k（N/m）

163

56.0

43.6

33.8

28.8

1/k（m/N）

0.0061

0.0179

0.0229

0.0296

0.0347

（2）以n为横坐标，1/k为纵坐标，在图（b）给出的坐标纸上画出1/k-n图像。

（3）图（b）中画出的直线可以近似认为通过原点，若从试验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系表达式为k=N/m；该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0（单位为m）的关系表达式为k=N/m

【答案】

（1）①81.7②0.0122

（2）如图所示（3）

（N/m）

10、【探究弹力和弹簧伸长的关系】某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。

①将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在______方向（填“水平”或“竖直”）

代表符号

数值（cm）

25.35

27.35

29.35

31.30

33.4

35.35

37.40

39.30

②弹簧自然悬挂，待弹簧______时，长度记为

，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为

；在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为

至

，数据如下表：

表中有一个数值记录不规范，代表符号为_______。

由表可知所用刻度尺的最小长度为______。

③图16是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与_________的差值（填“L0或LX”）。

④由图可知弹簧和的劲度系数为_________N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为_________g（结果保留两位有效数字，重力加速度取

）。

【答案】

（2）①竖直②静止

0.1cm③

④4.910

11、【验证牛顿第二定律】

（1）用图（a）所示的实验装置验证牛顿第二定律．

①完成平衡摩擦力的相关内容：

（i）取下砂桶，把木板不带滑轮的一端垫高，接通打点计时器电源，　　　（选填“静止释放”或“轻推”）小车，让小车拖着纸带运动．

（ii）如果打出的纸带如图（b）所示，则应（选填“增大”或“减小”）木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹，平衡摩擦力才完成．

②某同学实验时得到如图（c）所示的a—F图象，则该同学验证的是：

在条件下，成正比．

【答案】1）①（i）轻推（ii）减小，间隔均匀（之间的距离大致相等）②小车质量一定，它的加速度与其所受的合力成正比．（将“小车”写成“物体”也给分）

12、【验证牛顿第二定律】

（1）用下图所示的实验装置来验证牛顿第二定律．

①为消除摩擦力的影响，实验前平衡摩擦力的具体操作为：

取下，把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节，直到轻推小车后，小车能沿木板做运动．

②某次实验测得的数据如下表所示．根据这些数据在坐标图中描点并作出

图线．从

图线求得合外力大小为N（计算结果保留两位有效数字）．

【答案】①砂桶（2分）匀速直线②描点、连线如图所示0.30N

【测动摩餐因素】图（a）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:

①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的宽度d;用米尺测量两光电门之间的距离s；

②调整轻滑轮，使细线水平:

③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△tA和△tB,求出加速度a；

④多次重复步骤③，求a的平均值

;

⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ。

回答下列问题：

（1）测量d时，某次游标卡尺（主尺的最小分度为1mm）的示数如图（b）所示。

其读数为cm

（2）物块的加速度a可用d、s、△tA,和△tB,表示为a=

（3）动摩擦因数μ可用M、m、

和重力加速度g表示为μ=

（4）如果细线没有调整到水平.由此引起的误差属于（填“偶然误差”或”系统误差”）

【答案】【

（1）游标卡尺测量数据不需要估读，主尺读数为：

9mm，游标尺读数为：

0.05mm×12=0.60mm，所以读数为：

9mm+0.60mm=9.60mm=0.960cm

（2）根据v1=

v2=

结合位移速度关系式：

2ax=v22-v12有：

a=

=

（

－

）

（3）对重物和小物块整体受力分析：

mg-μMg=（m+M）a，解得μ=

（4）如果细线没有调到水平，会使实验数据测量偏大或偏小，由于固定因素引起的误差叫做系统误差。

【测动摩餐因素】某同学用图（a）所示的实验装置测量物块与斜面间的动摩擦因数。

已知打点计时器所用电源的频率为50hz，物块下滑的过程中所得到的纸带的一部分如图（b）所示，图中标出了五个连续点之间的距离。

（1）物块下滑时的加速度a=__________m/s2，打C点时的物块的速度v=_________m/s；

（2）已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是________（填正确答案标号）

A.物块的质量B.斜面的高度C.斜面的倾角

【答案】

（1）3.25；1.79；

（2）C

【机械能守恒定律】34

（2）（10分）某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系.

①如图23（a），将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测得相应的弹簧长度，部分数据如下表，有数据算得劲度系数k=N/m，（g取9.8m/s2）

砝码质量（g）

50

100

150

弹簧长度（cm）

8.62

7.63

6.66

②取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图23（b）所示；调整导轨，是滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小.

③用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为.

④重复③中的操作，得到v与x的关系如图23（c）。

有图可知，v与x成关系，由上述实验可得结论：

对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的成正比.

……3分

【验证机械能守恒定律】

（1）用如图5所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验。

打点计时器的打点周期为T，重锤的质量为m，重力加速度为g。

①完成下面部分实验步骤的相关内容：

A．按图示的装置安装器件。

B．将打点计时器接到（填“直流”或“交流”）电源上。

C．先，再，让重锤拖着纸带从高处自由下落。

D．……

②图6是实验打出的纸带，O是速度为零的点，A、B、C是从合适位置选取的三个连续点（其他点未画出），量得d１、d２、ｄ３．取图6中O和（填“A”、“B”或“C”）点来验证机械能守恒定律比较简捷方便，打点计时器打下该点时重锤的动能Ek=

【答案】）①B．交流C．接通打点计时器的电源释放纸带②B

【验证机械能守恒定律】

（1）用如图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律。

①为了减少带来的误差，打点计时器的两个限位孔中心连线应在一条竖直线上。

②实验操作时，先，再。

（选填“释放纸带”、“接通打点计时器电源”）

③如图（b）是某次实验的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G是连续的七个点。

为验证重锤对应B点和F点时的机械能是否相等，并使数据处理简便，应测量__________两点间的距离，___________两点间的距离和B、F两点间的距离。

④若重物质量为0.200kg，B、F间的距离为12.00cm，g取9.8m/s2。

对应B到F的下落过程中，重锤重力势能的减少量

=J（计算结果保留三位有效数字）。

【答案】

（1）①纸带与限位孔之间的摩擦阻力；（2分）②接通打点计时器电源，释放纸带；（各1分）

③A、C，E、G；（各1分）④0.235；（2分）

【验证机械能守恒定律】

（1）“验证机械能守恒定律”的实验中．

图（甲）是打点计时器打出的一条纸带，选取其中连续的计时点标为A、B、C……G、H、I，对BH段进行研究．

①已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为_______．

②用刻度尺测量距离时如图（乙），读出A、C两点间距为_________cm，B点对应的速度vB＝_________m/s（保留三位有效数字）；

③若H点对应的速度为vH，重物下落的高度为hBH，当地重力加速度为g，为完成实验，要比较

与_________________大小（用字母表示）．

【答案】：

（1）①0.02s（2分，数值和单位各1分，可科学计数法表示）

②5.40（2分，5.33~5.43均可）；1.35（2分，1.33~1.36均可）

③

vH2－ghBH（2分）；

【验证机械能守恒定律】某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20HZ、30HZ和40HZ。

打出纸带的一部分如图（b）所示。

该同学在试验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他条件进行推算。

（1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图（b）中给出的物理量可以写出：

在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为____________，打出C点时重物下落的速度大小为____________，重物下落的加速度大小为____________。

（2）已测得s1=8.89cm，s2=9.50cm，s3=10.10cm；当地重力加速度大小为9.80m/s2，试验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。

由此推算出f为_________HZ。

【验证动量守恒定律】如图，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。

（1）实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。

但是，可以通过仅测量________（填选项前的符号），间接地解决这个问题。

A．小球开始释放高度h

B．小球抛出点距地面的高度H

C．小球做平抛运动的射程

（2）图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射球m1多次从倾斜轨道上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP，然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。

接下来要完成的必要步骤是________。

（填选项前的符号）

A．用天平测量两个小球的质量m1、m2

B．测量小球m1开始释放高度h

C．测量抛出点距地面的高度H

D．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N

E．测量平抛射程OM、ON

（3）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为__________________[用

（2）中测量的量表示]；

若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为________________[用

（2）中测量的量表示]。

[答案]　

（1）C　

（2）ADE　（3）m1·OM＋m2·ON＝m1·OP　m1·OM2＋m2·ON2＝m1·OP2

【验证动量守恒定律】如图所示为“验证碰撞中的动量守恒”实验装置示意图。

（1）入射小球1与被碰小球2直径相同，均为d，它们的质量相比较，应是m1________m2。

（2）为了保证小球做平抛运动，必须调整斜槽使________________。

（3）继续实验步骤为：

A．在地面上依次铺白纸和复写纸。

B．确定重锤对应点O。

C．不放球2，让球1从斜槽滑下，确定它落地点位置P。

D．把球2放在立柱上，让球1从斜槽滑下，与球2正碰后，确定球1和球2落地点位置M和N。

E．用刻度尺量OM、OP、ON的长度。

F．看m1

＋m2

与m1

是否相等，以验证动量守恒。

上述步骤有几步不完善或有错误，请指出并写出相应的正确步骤。

_______________________________________________________。

答案：

（1）>　

（2）斜槽末端切线水平　（3）D不完善，小球1应从斜槽的同一高度由静止释放；　F错误，应验证：

m1OP＝m1OM＋m2（ON－d）

【验证动量守恒定律】如图甲所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车系一穿过打点计时器的纸带，启动打点计时器甲车受到一水平向右的冲量。

运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动。

纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车运动情况如图乙所示，电源频率为50Hz，则碰撞前甲车运动速度大小为________m/s，甲、乙两车的质量之比m甲∶m乙＝__________。

答案：

0.6　2∶1

【验证动量守恒定律】气垫导轨是常用的一种实验仪器。

它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。

我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示（弹簧的长度忽略不计）。

采用的实验步骤如下：

①用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB。

②调整气垫导轨，使导轨处于水平。

③在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上。

④用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1。

⑤按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。

当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。

（1）实验中还应测量的物理量是_________________________________________。

（2）利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是________________，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是_________________。

（3）利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？

如能，请写出表达式：

________________________________________。

答案：

（1）B的右端至D板的距离L2

（2）mA

－mB

＝0　原因一是测量本身就存在误差，如测量质量、时间、距离等存在误差；二是空气阻力或者是导轨不是水平的等。

　（3）ΔEp＝