力学实验doc.docx
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力学实验doc
高中物理学习材料
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力学实验
1.（2015·湖南省衡阳市五校高三11月第二次联考）在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图甲所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出，电火花计时器接220V、50Hz交流电源。
他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如下表：
对应点
B
C
D
E
F
速度（m/s）
0.141
0.185
0.220
0.254
0.301
（1）设电火花计时器的周期为T，计算vF的公式为vF=___________；
（2）根据
（1）中得到的数据，以A点对应的时刻为t=0，试在图乙所示坐标系中合理地选择标度，作出v－t图象.
（3）利用该图象求物体的加速度a=__________m/s2；（结果保留2位有效数字）
（4）如果当时电网中交变电流的电压变成210V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比________（选填：
“偏大”、“偏小”或“不变”）．
解析：
（1）每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出，所以相邻两个计数点间的时间间隔T′=5T，根据匀变速直线运动中某段时间中间时刻的速度等于该过程中的平均速度，得：
（2）根据
（1）中得到的数据，以A点对应的时刻为t=0，作出v-t图象．
（3）由速度-时间图象的斜率表示加速度，得：
a=
m/s2=0.40m/s2
（4）电网电压变化，并不改变打点的周期，故测量值与实际值相比不变．
【答案】
（1）
（2）见解析（3）0.38~0.42（4）不变
2.（2015·重庆市巴蜀中学高三一模）
“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示，在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示．计时器所用交流电源的频率为50Hz，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离，该小车的加速度为________m/s2（结果保留两位有效数字）。
甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到如图中甲、乙两条直线．则甲、乙用的小车与木板间的动摩擦因数的关系为μ甲________μ乙．（选填“大于”、“小于”或“等于”）
解析：
处理匀变速直线运动中所打出的纸带，求解加速度用公式
，关键弄清公式中各个量的物理意义，
为连续相等时间内的位移差，t为连续相等的时间间隔，如果每5个点取一个计数点，则连续两个计数点的时间间隔为t=0.1s，
（3..52）
m，代入可得加速度
=0.16m/s2。
也可以使用最后一段和第二段的位移差求解，得加速度
=0.15m/s2.
.当没有平衡摩擦力时有：
T-f=ma，故
即图线斜率为
，纵轴截距的大小为μg．观察图线可知
。
所以第二空填大于。
【答案】
.0.15
大于
3．（2015·湖南省娄底市高三联考）在做“验证力的平行四边形定则”的实验时，其中的三个实验步骤是
①在水平放置的木板上固定一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上，另一端拴两根细线，通过细线同时用两只弹簧秤互成角度地拉橡皮条，使它与细线的结点达到某一位置O点，在白纸上记下O点和两弹簧秤的示数F1和F2．
②只用一只弹簧秤通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与用两个弹簧秤拉时相同，记下此时弹簧秤的示数F′和细绳的方向．
③在纸上根据F1和F2的大小，应用平行四边形定则作图求出合力F的大小．
以上三个步骤中均有错误或疏漏，请你分别指出．
（1）在①中是 ，
（2）在②中是 ，
（3）在③中是 ．
解析：
该实验采用“等效法”进行，即一个弹簧秤和两个弹簧秤拉橡皮条与细绳套的结点时应该拉至同一位置O点，由于力是矢量，因此在记录数据时，不仅要记录力的大小，还要记录其方向，这样才能做平行四边形，从而验证两个力的合力大小和方向是否与一个力的大小和方向相同．
所以在①中是应记下两个细绳套的方向即F1和F2的方向，在②中是应将橡皮条与细绳套的结点拉至同一位置O点．在③中是应依据F1和F2的大小和方向作图，
答案：
（1）记下两个细绳套的方向
（2） 将橡皮条与细绳套的结点拉至同一位置O点
（3）应依据F1和F2的大小和方向作图
4．（2015·福建省五校上学期期中）用金属制成的线材（如钢丝、钢筋）受到拉力会伸长．十七世纪英国物理学家胡克发现：
金属丝或金属杆在弹性限度内它的伸长与拉力成正比，这就是著名的胡克定律．这一发现为后人对材料的研究奠定了重要基础．现在一根用新材料制成的金属杆，长为4m，横截面积为0.8cm2，设计要求它受到拉力后的伸长不超过原长的1/1000，问最大拉力多大？
由于这一拉力很大，杆又较长，直接测试有困难，选用同种材料制成样品进行测试，通过测试取得数据如下：
（1）测试结果表明线材受拉力作用后其伸长与材料的长度成______比，与材料的截面积成______比．
（2）上述金属细杆承受的最大拉力为________N.
【解析】
（1）从长度1m与2m对照来看，横截面相同，相同外力时伸长之比为1∶2，则拉力作用后其伸长与材料的长度成正比；
从第一根与第三根对照来看，横截面面积之比为1∶2，相同外力时伸长之比为2∶1，则拉力作用后其伸长与截面积成反比；
（2）根据上面规律，我们可以表达为Δl＝k
我们取第一根线材与4m的线材对照，得0.04×10－2＝k
及4×
＝k
，则F′＝10000N.
【答案】
（1）正 反
（2）10000
5（2015天津十二区县重点学校高三毕业班联考）某同学利用图甲所示的装置测量某一弹簧的劲度系数．将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上砝码盘，通过改变盘中砝码的质量，测得6组砝码的质量m和对应的弹簧长度l，画出m－l图线．对应点已在图上标出，如图乙所示．（重力加速度g取10m/s2）
（1）采用恰当的方法处理实验数据，该弹簧的劲度系数为________N/m.（保留3位有效数字）
（2）请你判断该同学得到的实验结果与考虑砝码盘的质量相比，结果________（填“偏大”“偏小”或“相同”）.
解析：
（1）劲度系数为直线的斜率与重力加速度g的乘积，k＝
g＝
×10N/m≈3.44N/m.
（2）设砝码盘的质量为m0，不考虑砝码盘的质量时，mg＝k（l－l0），m＝
l－
l0；考虑砝码盘质量时，（m＋m0）g＝k（l－l0），m＝
l－
l0－m0，与前式相比直线斜率没有变化，因此求得的劲度系数相同．
答案：
（1）3.44
（2）相同
6.（2015·江南十校高三期末大联考）某兴趣小组设计出如图甲所示的实验装置，探究小车的加速度与合外力的关系，图中与小车左端相连的是测力传感器，小车放置在表面各处粗糙程度相同的水平长木板上。
按甲图装配好实验器材，先测出小车运动时所受摩擦阻力，逐渐向砂桶中添加细砂粒，当观察到小车刚开始运动时，记下传感器的最大示数为F0，可认为摩擦阻力为F0。
（1）将小车放回初位置并用手按住，继续向沙桶中添加一定量的砂粒，记下传感器的示数F1，接通频率为50Hz的交流电源使打点计时器工作，然后释放小车，打出一条纸带。
再继续向沙桶中添加砂粒，多次重复实验，打出多条纸带，图乙为某次实验打出的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间都有四个计时点未画出，按时间顺序，取0、1、2、3、4、5、6六个计数点，用刻度尺量出1、2、3、4、5、6点到0点的距离（单位：
cm），分别标注在相应的计数点的下方，则小车的加速度a=_________m/s2（结果保留三位有效数字）
（2）算出各次小车的加速度和合力F（F=F1-F0），获得多组数据，描绘小车加速度a与F的关系图像，纸带与打点计时器间的摩擦可忽略，下列图像可能正确的是________。
（3）写出一条对提高实验结果准确程度有益的建议：
_____________________________________。
解析：
（1）由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s，设第一个计数点到第二个计数点之间的距离为x1，以后各段相邻计数点间的距离分别为x2、x3、x4、x5、x6
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小，
得：
x4-x1=3a1T2
x5-x2=3a2T2
x6-x3=3a3T2
为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值得：
a=
（a1+a2+a3）=0.756m/s2
（2）改变小桶中砂的重力，多次重复实验，获得多组数据，描绘小车加速度a与合力F（F=F1-F0）的关系图象．由于已经平衡摩擦力，所以图象应该过原点．故AD正确，BC错误；
（3）对提高实验结果准确程度有益的建议：
控制桶和砂的总质量，使之远小于小车和传感器的总质量．
【答案】
（1）0.756
（2）AD（3）控制桶和砂的总质量，使之远小于小车和传感器的总质量．
7．（2015·四川成都市石室中学高三期中）为测量木块与木板间的动摩擦因数，将木板倾斜，木块以不同的初速度沿木板向上滑到最高点后再返回，用光电门测量木块来回的速度，用刻度尺测量向上运动的最大距离，为确定木块向上运动的最大高度，让木块推动轻质卡到最高点，记录这个位置，实验装置如图甲所示．
（1）本实验中，下列操作合理的是
A．遮光条的宽度应尽量小些
B．实验前将轻质卡置于光电门附近
C．为了实验成功，木块的倾角必须大于某一值
D．光电门与轻质卡最终位置间的距离即为木块向上运动的最大距离
（2）用螺旋测微器测量遮光条的宽度，如图乙所示读数为mm．
（3）改变木块的初速度，测量出它向上运动的最大距离与木块来回经过光电门时速度的平方差，结果如下表所示，试在丙图坐标纸上作出△v2﹣x的图象，经测量木板倾角的余弦值为0.6，重力加速度取g=9.80m/s2，则木块与木板间的动摩擦因数为（结果保留两位有效数字）．
（4）由于轻质卡的影响，使得测量的结果（选填“偏大”或“偏小”）．
解析：
（1）遮光条宽度与时间的比值是木块的平均速度，可以认为是木块通过光电门时的瞬时速度，遮光条宽度越小，平均速度越接近瞬时速度，实验误差越小，因此遮光条的宽度应尽量小些，故A正确；实验时轻质卡应与木块一起向上运动，实验前将轻质卡与木块靠在一起，故B错误；当木板倾角大于某一值时，木块重力沿斜面向下的分力大于最大静摩擦力，木块到达最高点后可以反向下滑，否则木块到达最高点后将静止，实验不能成功，为了实验成功，木块的倾角必须大于某一值，故C正确；木块出发点与轻质卡最终位置间的距离即为木块向上运动的最大距离，故D错误．
（2）由图乙所示螺旋测微器可知，螺旋测微器示数为：
3.5mm+20.0×0.01mm=3.700mm．
（3）根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后根据描出的点作出图象如图所示：
由牛顿第二定律得：
木块上滑时：
mgsinθ+μmgcosθ=ma1，木块下滑时：
mgsinθ-μmgcosθ=ma2，由匀变速直线运动的速度位移公式得：
0-v02=-2a1x，v2=2a2x，△v2=v02-v2=4μgxcosθ，由图示图象可知，斜率：
k=4μgcosθ==0.25，动摩擦因数：
μ=
≈0.010；
（4）由于轻质卡与木板间存在摩擦力，所测摩擦力实际是木块与轻质卡受到的摩擦力的合力，由于轻质卡所受摩擦力影响，所测动摩擦因数偏大．
【答案】
（1）AC
（2）3.700（3）图象见解析0.010（4）偏大．
1.（2015·河北省五校高三第二次联考）某同学利用光电门传感器设计了一个研究小物体自由下落时机械能是否守恒的实验，实验装置如图所示，图中A、B两位置分别固定了两个光电门传感器。
实验测得小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡光时间为t1，通过B的挡光时间为t2，重力加速度为g。
为了证明小物体通过A、B时的机械能相等，还需要进行一些实验测量和列式证明。
（1）下列必要的实验测量步骤是______。
A．用天平测出运动小物体的质量m
B．测出A、B两传感器之间的竖直距离h
C．测出小物体释放时离桌面的高度H
D．用秒表测出运动小物体由传感器A到传感器B所用时间Δt
（2）若该同学用d和t1、t2的比值分别来反映小物体经过A、B光电门时的速度，并设想如果能满足________关系式，即能证明在自由落体运动过程中小物体的机械能是守恒的。
解析：
①根据机械能守恒的表达式可知，不需要测量物体质量，A错误；
实验中需要测量从A到B过程中重力势能的减小量，因此需要测量AB之间的距离h，故B正确；
实验中需要测出AB之间的距离h，不需要测量小物体释放时离桌面的高度H，故C错误；
根据机械能守恒定律的表达式可知，不需要测量小物体通过A、B两传感器的时间△t，故D错误．
②本实验中利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故有：
vA=
，vB=
，
根据mgh=
m
--
m
可得：
（d/t2）2－（d/t1）2＝2gh．
【答案】
（1）B
（2）（d/t2）2－（d/t1）2＝2gh
2.（2015·河北省邯郸市高三教学质量检测）“动能定理”和“机械能守恒定律”是物理学中很重要的两个力学方面的物理规律。
某同学设计了如图所示的实验装置。
一个电磁铁吸住一个小钢球，当将电磁铁断电后，小钢球将由静止开始向下加速运动。
小钢球经过光电门时，计时装置将记录小钢球通过光电门所用的时间t，用直尺测量出小钢球由静止开始下落至光电门时的高度h。
（1）该同学为了验证“动能定理”，用游标卡尺测量了小钢球的直径，结果如上图所示，
他记录的小钢球的直径d＝________cm。
（2）该同学在验证“动能定理”的过程中，忽略了空气阻力的影响，除了上述的数据之
外是否需要测量小钢球的质量________（填“需要”或“不需要”）。
（3）如果用这套装置验证机械能守恒定律，下面的做法能提高实验精确度的是 。
A．在保证其他条件不变的情况下，减小小球的直径
B．在保证其他条件不变的情况下，增大小球的直径
C．在保证其他条件不变的情况下，增大小球的质量
D．在保证其他条件不变的情况下，减小小球的质量
解析：
（1）主尺读数为：
1.3cm，游标尺第0个刻度和主尺对齐，精确度为0.02mm，故游标尺读数为0.026cm，故小钢球的直径为1.326cm．
（2）由动能定理：
mgh＝
，化简得：
gh＝
，故不需要测量小钢球的质量．
（3）实验方案为：
以小钢球通过光电门的时间得到小钢球的平均速度，以此来表示瞬时速度v＝
，然后验证：
mgh＝
，即gh＝
是否成立，由此验证机械能是否守恒，故：
小钢球的直径越小v越精确，故A正确，B错误．
由于实际存在阻力故：
mgh−fh＝
，即：
gh−
．可知所以质量越大，
这一项越小，精确性越高，故C正确，D错误．
【答案】
（1）1.326或1.324都给分
（2）不需要（3）AC
3.（2015·湖北省六校高三元月调考）某同学设计了以下的实验来验证机械能守恒定律：
在竖直放置的光滑的塑料米尺上套一个磁性滑块m，滑块可沿米尺自由下落。
在米尺上还安装了一个连接了内阻很大数字电压表的多匝线框A，线框平面在水平面内，滑块可穿过线框，如下图所示。
把滑块从米尺的0刻度线处释放，记下线框所在的刻度h和滑块穿过线框时的电压U。
改变h，调整线框的位置，多做几次实验，记录各次的h，U。
（1）如果采用图象法对得出的数据进行分析论证，用图线 （选填“U－h”或“U2－h”）更容易得出结论。
（2）影响本实验精确程度的因素主要是（列举一点即可）。
解析：
（1）mgh=
mv2，得：
v=
根据法拉第电磁感应定律：
U=BLv=BL
，U2=2B2L2gh
每次滑落时B、L相同，故U2与h成正比，如果采用图象法对得出的数据进行分析论证，线性图线会更直观，故用U2﹣h图象；
（2）由于空气阻力等的影响，使滑块下落时减少的重力势能不能完全转化为动能带来实验误差．
【答案】
（1）
（2）空气阻力（或电磁感应损失机械能）
专题十二电学实验
1.（2015·江西省新余一中高三二模）某学生用螺旋测微器在测定某一金属丝的直径时，测得的结果如图（甲）所示，则该金属丝的直径d＝______mm，另一位学生用游标尺上标有20等分刻度的游标卡尺测量一工件的长度，测得的结果如图（乙）所示，则该工件的长度L＝____cm。
（甲）（乙）
解析：
螺旋测微器的固定尺读数为2.5mm，可动尺读数为0.01×43.5=0.435mm，所以最终读数为：
固定刻度读数+可动刻度读数=2.5+0.435=2.935mm，由于需要估读，因此在范围2.934-2.937mm内均正确．游标卡尺的主尺读数为1.4cm=14mm，游标尺上第10条刻度线和主尺上某一刻度线对齐，游标尺读数为0.05×10mm=0.50mm，所以最终读数为：
主尺读数+游标尺读数=14mm+0.50mm=14.50mm=1.450cm；
【答案】2.935（2.934-2.937），1.450
2.（2015·江南十校高三期末大联考）有一个螺线管，为测量它的两个接线柱间绕制的均匀金属丝的长度，现提供下列器材:
A.待测螺线管L：
绕制螺线管金属丝的电阻率，其总电阻RL大约100
B.螺旋测微器
C.微安表
：
量程Ig=500A，内阻Rg=100
；
D.电阻箱R：
阻值范围0~99999.9
；
E.电源E：
电动势有3V和9V两种可供选择，内阻较小
F.电键两个（S1和S2），导线若干。
（1）实验中用螺旋测微器测的金属丝的直径如图甲所示，其读数为d=________________mm.
（2）已将提供的器材连成了如图乙所示的测金属丝电阻RL的电路，根据该实验电路的测量原理，为了更准确地测RL，应选择E中电动势为____________的电源。
（3）若测得的金属丝直径用d表示，测电阻时先闭合S1，调R使微安表指针满偏，再闭合S2时微安表示数用I表示，则用已知量和测得量的符号表示金属丝的长度l=____________________.
（4）本实验测RL有系统误差，其测量值___________真实值。
（选填“大于”、“小于”）
解析：
：
（1）螺旋测微器的固定尺读数为0，可动尺读数为39.0×0.01=0.390mm，所以金属丝的直径为0.390±0.001mm，
（2、4）先只闭合S1，调电阻箱R，使微安表指针满偏，则R值须很大；再闭合S2时，RL与微安表并联，虽然电阻变小了，但因R很大，全电路总电阻变化很小，干路电流几乎不变化，可认为仍为满偏电流Ig，实际应略大于Ig，此时微安表的读数为I，那么RL的分流IL=Ig-I，实际值略大于此值．于是解得：
RL=
，测量值偏大．根据本实验原理，要减小测量RL的系统误差，提高电源的电动势，使R取值更大一些，这样才能保证再闭合S2后干路电流变化更小．
（3）根据欧姆定律得：
根据电阻定律得：
RL=
；且S=
，解得：
L=
；
【答案】
（1）0.390±0.001mm
（2）9（3）
（4）大于．
3．（2015·四川成都市石室中学高三期中）一个未知电阻Rx，阻值大约为10kΩ﹣20kΩ，为了较为准确地测定其电阻值，实验室中有如下器材：
电压表V1（量程3V、内阻约为3kΩ）
电压表V2（量程15V、内阻约为15kΩ）
电流表A1（量程200μA、内阻约为100Ω）
电流表A2（量程0.6A、内阻约为1Ω）
电源E（电动势为3V）
滑动变阻器R（最大阻值为200Ω）开关S
（1）在实验中电压表选，电流表选．（填V1、V2，A1、A2）
（2）为了尽可能减小误差，请你在虚线框中画出本实验的电路图．
解析：
：
（1）根据待测电阻的大小和电源的电动势大小，估测电路中的最大电流不会超过30mA，故电流表选择A1，电压表选择V1．
（2）由于所给滑动变阻器太小，待测电阻很大，因此该实验采用滑动变阻器的分压接法和电流表的内接法，具体电路图如下所示：
【答案】
（1）V1A1
（2）见解析
4.（2015·重庆市巴蜀中学高三一模）一学习小组学习了电阻的测量的方法后，想描绘一只硅二极管通正向电流时的伏安特性曲线．已知该二极管正向导通时电阻为几十到几百欧，其耐压值约为1.0V．实验室有如下器材：
A．干电池一节
B．电压表1，量程15V，内阻约几百千欧
C．电压表2，量程3V，内阻约一百千欧
D．电流表，量程10mA，内阻约几百欧
E．滑动变阻器1，最大阻值为1KΩ
F．滑动变阻器2，最大阻值为100Ω
G．导线若干，电键一个
电压表应选（请填器材前的字母）。
滑动变阻器应选（请填器材前的字母）。
请将图1所示未完成的电路图补充完整（硅二极管的符号为
）
如图2所示，坐标图上的图线
为某硅光电池组的伏安特性曲线，通过图线
直接读出该硅光电池组的电动势为V，短路电流为mA，其内电阻（填“是”或“不是”）定值。
移动滑动变阻器的滑片，得到多组硅二极管的电流电压值如下表，请根据表格中的数据在同一坐标纸上通过描点连线画出硅二极管的伏安特性曲线。
U/V
0.00
0.12
0.28
0.40
0.50
0.56
0.60
0.64
0.68
I/mA
0.0
约0
约0
0.1
0.2
0.4
0.8
1.2
5.0
根据你描绘的图线结合图线
，计算若用该硅光电池组直接给该硅二极管供电时（保证该硅光电池组为二极管输入正向电流），电池组的输出功率为W，此时硅光电池组的内阻为Ω，此时二极管的电阻为Ω（此三空均保留三位有效数字）。
解析：
根据测量数据及题中告知的条件可知，电压表应该选择C，不能选B，它误差太大。
根据实验时方便可行，不超载，滑动变阻器应该选F。
描绘发光二极管的I-U图线，采用分压电路。
由于电流表内阻较大，设计成电流表外接。
所连接电路图如下图所示。
由伏安图线可读出：
电池组的电动势是横轴的截距，其值为0.88V，短路电流是纵轴的截距，其值为：
3.0A。
由图可知：
其内阻是变化的，要填不是。
根据所列表中数据作图如下
由作的图中的两曲线可计算出：
。
此时由曲线的斜率可得到：
光电池的内阻为
。
二极管的电阻为：
310
。
从而得出本题的答案。
【答案】①C②F
③见解析图
④0.883.0不是
⑤见解析图
⑥（1.35～1.42）×10－3109290～340
5.（2015·湖北省八校高三第一次联考）某物理研究小组尝试利用图甲所示电路测量一节干电池（电动势约1.5V，内阻约几欧姆）的电动势和内阻。
其中：
电流表
（量程IA=200mA，内阻RA=10Ω）、电阻箱R（99.99Ω，额定电流1A）、定值电阻R0（R0=5Ω）。
闭合开关S，改变电阻箱的阻值R，读出对应的电流表的读数I。
然后再把相应的数据转换成1/R和1/I，填入如下表格中。
数据组
1
2
3
4
5
6
7
1/R（×10-2Ω-1）
2.5
3.3
4.0
5.0
6.7
8.3
10.0
1/I（A-1）
15.5
16.0
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