高考物理四海八荒易错集专题13力学实验.docx

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高考物理四海八荒易错集专题13力学实验

专题13力学实验

1.某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图（a）和（b）所示。

该工件的直径为________cm，高度为________mm。

（a）

（b）

答案：

1.220　6.861

2．Ⅰ.根据单摆周期公式T＝2π

，可以通过实验测量当地的重力加速度。

如图甲所示，将细线的上端固定在铁架台上，下端系一小钢球，就做成了单摆。

用游标卡尺测量小钢球直径，示数如图乙所示，读数为________mm。

Ⅱ.在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示，校零时的读数为________mm，合金丝的直径为________mm。

解析：

Ⅰ.该游标尺为十分度的，根据读数规则可读出小钢球直径大小。

Ⅱ.由于螺旋测微器开始起点有误差，估读为0.007mm，测量后要去掉开始误差。

答案：

Ⅰ.18.6　Ⅱ.0.007　0.638

3.某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。

（1）实验中，必需的措施是________。

A．细线必须与长木板平行

B．先接通电源再释放小车

C．小车的质量远大于钩码的质量

D．平衡小车与长木板间的摩擦力

（2）他实验时将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示（每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出）。

s1＝3.59cm，s2＝4.41cm，s3＝5.19cm，s4＝5.97cm，s5＝6.78cm，s6＝7.64cm。

则小车的加速度a＝________m/s2（要求充分利用测量的数据），打点计时器在打B点时小车的速度vB＝________m/s。

（结果均保留两位有效数字）

（2）由s4－s1＝3aT2、s5－s2＝3aT2、s6－s3＝3aT2知加速度a＝

＝0.80m/s2

打B点时小车的速度vB＝

＝0.40m/s。

答案：

（1）AB　

（2）0.80　0.40

4．用如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，对纸带上的点痕进行测量，据此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．释放纸带，立即接通电源开关打出一条纸带；

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或者操作不当的步骤是________。

（将其选项对应的字母填在横线处）

（2）在验证机械能守恒定律的实验中，若以

v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出

v2h的图像应是____________，才能验证机械能守恒定律；

v2h图像的斜率等于________的数值。

（2）利用

v2h图线处理数据，物体自由下落过程中机械能守恒，mgh＝

mv2，即

v2＝gh，所以以

v2为纵轴，以h为横轴画出的图线应是过原点的倾斜直线。

那么

v2h图线的斜率就等于重力加速度g。

答案：

（1）BCD　

（2）过原点的倾斜直线　重力加速度

5．某实验小组采用如图所示装置探究做功与动能变化的关系。

小车经平衡摩擦力后，挂上橡皮筋，在橡皮筋的作用下小车弹出，脱离橡皮筋沿木板滑行。

（1）实验时打点计时器与学生电源按图连接，正确的连接是________（填“A”或“B”）。

（2）实验中，甲、乙同学用

两种不同的方法来改变橡皮筋对小车所做的功。

甲同学：

改变相同橡皮筋的条数，小车每次拉到同一位置释放；

乙同学：

保持橡皮筋的条数不变，小车每次拉到不同位置释放。

你认为________（填“甲”或“乙”）同学的方法更合理。

（3）从释放小车到刚脱离橡皮筋的过程，小车的运动可能是________。

A．匀加速运动　　　　　B．匀减速运动

C．加速度增大的加速运动D．加速度减小的加速运动

（4）实验中测得小车质量为1.0kg，某次实验得到的纸带及测量数据如图所示，测得小车获得的动能为______J（保留两位有效数字）。

打点计时器工作频率为50Hz。

（4）小车的末速度v＝

m/s＝2m/s，故小车获得的动能Ek＝

mv2＝2.0J。

答案：

（1）A　

（2）甲　（3）D　（4）2.0

6.某同学用如图甲所示的实验装置来“探究a与F、m之间的定量关系”。

（1）实验时，必须先平衡小车与木板之间的摩擦力。

该同学是这样操作的：

如图乙，将小车静止地放在水平长木板上，并连着已穿过打点计时器的纸带，调整木板右端的高度，接通电源，用手轻拨小车，让打点计时器在纸带上打出一系列__________的点，说明小车在做__________运动。

（2）如果该同学先如

（1）中的操作，平衡了摩擦力。

以砂和砂桶的重力为F，在小车质量M保持不变情况下，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到

M，测小车加速度a，作aF的图像。

如图丙图线正确的是__________。

（3）设纸带上计数点的间距为s1和s2。

如图丁为用米尺测量某一纸带上的s1、s2的情况，从图中可读出s1＝3.10cm，s2＝__________cm，已知打点计时器的频率为50Hz，由此求得加速度的大小a＝__________m/s2。

（2）如果这位同学先如

（1）中的操作，已经平衡摩擦力，则刚开始aF的图像是一条过原点的直线，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到

M，不能满足砂和砂桶的质量远远小于小车的质量，此时图像发生弯曲，故C正确。

（3）由图丁可读得：

s2＝5.50cm，由s2－s1＝aT2，T＝0.1s，可得：

a＝2.40m/s2。

答案：

（1）点迹均匀　匀速直线　

（2）C　（3）5.50　2.40

7.某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。

（1）图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量Δl为________cm；

（2）本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是______；（填选项前的字母）

A．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重

B．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重

（3）图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是____________________________________________。

8．某同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时，按如下步骤进行：

①在墙上贴一张白纸用来记录弹簧测力计弹力的大小和方向。

②在一个弹簧测力计的下端悬挂一装满水的水杯，记下平衡时弹簧秤的读数F。

③将一根大约30cm长的细线从杯带中穿过，再将细线两端分别拴在两个弹簧测力计的挂钩上，在靠近白纸处用手对称地拉开细线，使两个弹簧测力计的示数相等，在白纸上记下细线的方向，弹簧测力计的示数如图甲所示。

④在白纸上按一定标度作出两个弹簧测力计的弹力的图示，如图乙所示，根据力的平行四边形定则可求出这两个力的合力F′。

（1）在步骤③中，弹簧秤的读数为________N。

（2）在步骤④中，合力F′＝________N。

（3）若________，就可以验证力的平行四边形定则。

（4）本实验采用的科学方法是________。

A．理想实验法B．等效替代法

C．控制变量法D．建立物理模型法

答案：

（1）3.00　

（2）5.2（5.0～5.4）　（3）F′在竖直方向且数值与F近似相等　（4）B

9．某同学运用以下实验器材，设计了一个碰撞实验来寻找碰撞前后的守恒量，实验器材有打点计时器、低压交流电源（频率为50Hz）、纸带、表面光滑的长木板、带撞针的小车A、带橡皮泥的小车B、天平。

该同学经过以下几个步骤：

A．用天平测出小车A的质量mA＝0.4kg，小车B的质量mB＝0.2kg。

B．更换纸带重复操作三次。

C．小车A靠近打点计时器放置，在车后固定纸带，把小车B放在长木板中间。

D．把长木板放在桌面上，在一端固定打点计时器，连接电源。

E．接通电源，并给A车一定的初速度vA。

（1）该同学正确的实验步骤为_______________________________________________。

（2）打点计时器打下的纸带中，比较理想的一条如图所示，根据这些数据完成下表。

A车

B车

AB整体

质量/kg

速度/（m·s－1）

mv

mv2

（3）根据以上数据猜想守恒表达式为________。

解析：

（1）ADCEB

（2）碰撞前后为匀速直线运动，由纸带上点迹分布求出速度。

碰后小车A、B合为一体，求出两车共同速度。

注意打点计时器频率为50Hz，打点时间间隔为0.02s，通过计算得下表。

A车

B车

AB整车

质量/kg

0.4

0.2

0.6

速度/（m·s－1）

3.0

0

2.0

7.5

0

3.3

mv

1.2

0

1.2

mv2

3.6

0

2.4

（3）由表中数据可看出在mv一行中数值相同，可猜想公式为mAvA＋mBvB＝（mA＋mB）v。

答案：

见解析

易错起源1、基本仪器的使用和读数

例1．图甲为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的________（填“A”“B”或“C”）进行测量；示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为________mm。

答案：

A　11.30（或11.25或11.35）

【变式探究】某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度。

该螺旋测微器校零时的示数如图（a）所示，测量金属板厚度时的示数如图（b）所示。

图（a）所示读数为________mm，图（b）所示读数为________mm，所测金属板的厚度为________mm。

解析：

图（a）：

0mm＋0.01mm×1.0＝0.010mm；图（b）：

6.5mm＋0.01mm×37.0＝6.870mm；故所测金属板的厚度为6.870mm－0.010mm＝6.860mm。

答案：

0.010　6.870　6.860

【名师点睛】

1．游标卡尺的精度有三种，分别为0.1mm、0.05mm、0.02mm，读数时要确认是哪种精度的游标卡尺。

如诊断卷第1题为0.05mm的游标卡尺，诊断卷第2题为0.1mm的游标卡尺。

2．螺旋测微器读数时，要注意固定刻度尺上的半刻度线是否露出及最后结果的有效数字位数。

如诊断卷第1题，螺旋测微器半刻度线已露出，对齐格数应读36.1。

3．注意题目要求的单位是否为mm，若不是则先以mm为单位读数，然后再转换为题目要求的单位。

如诊断卷第1题，游标卡尺的读数要求以cm为单位，则先按mm为单位读出12.20mm，再转换为1.220cm。

4．螺旋测微器常有“零”误差出现，此时要注意测量的实际结果的修正方法。

如诊断卷第2题，合金丝的直径应为右侧读数减去左侧读数。

【锦囊妙计，战胜自我】

一、长度测量类仪器

1．游标卡尺的读数

游标尺（mm）

精度

（mm）

测量结果（游标尺上第n个刻线与主尺上的某刻度线对正时）（mm）

刻度

格数

刻度

总长度

每小格与

1毫米差

20

19

0.05

0.05

主尺上读的毫米数＋0.05n

50

49

0.02

0.02

主尺上读的毫米数＋0.02n

2．螺旋测微器的读数

测量值＝固定刻度整毫米数＋半毫米数＋可动刻度读数（含估读）×0.01mm。

二、时间测量类仪器

1．打点计时器

计时器种类

工作电源电压

打点间隔

电磁打点计时器

交流50Hz,4～6V

0.02s

电火花打点计时器

交流50Hz,220V

0.02s

2．频闪照相机

其作用和处理方法与打点计时器类似，它是用等时间间隔获取图像信息的方法，将物体在不同时刻的位置记录下来，使用时要明确频闪的时间间隔。

易错起源2、“纸带”类实验

例2．在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，用打点计时器记录纸带运动的时间，计时器所用电源的频率为50Hz，如图所示是一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6七个计数点，用刻度尺量出1、2、3、4、5、6点到0点的距离分别为1.40cm、3.55cm、6.45cm、10.15cm、14.55cm、19.70cm。

由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度大小为v4＝________m/s，小车的加速度大小a＝______m/s2。

（结果保留三位有效数字）

答案：

0.405　0.756

【变式探究】如图甲所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置，该装置依靠电子信息系统获得了小车加速度a的信息，由计算机绘制出a与钩码重力的关系图。

钩码的质量为m，小车和砝码的质量为M，重力加速度为g。

（1）下列说法正确的是________。

A．每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力

B．实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源

C．本实验m应远小于M

D．在用图像探究加速度与质量关系时，应作a

图像

（2）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他作出的aF图可能是图乙中________（选填“甲”“乙”“丙”）图线。

此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是________。

A．小车与轨道之间存在摩擦

B．导轨保持了水平状态

C．钩码的总质量太大

D．所用小车的质

量太大

（3）实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，其他操作均正确，若轨道水平，他测量得到的图像如图丙。

设图中纵轴上的截距为－b，则小车与木板间的动摩擦因数μ＝________。

（2）遗漏了平衡摩擦力这一步骤，就会出现当有拉力时，物体不动的情况，说明没有平衡摩擦力或平衡不够。

故可能作出图乙中丙。

此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是钩码的总质量太大，没有远小于小车和砝码的质量，故选C。

（3）根据牛顿第二定律可知，mg－μMg＝Ma；

结合a

图像，可得：

a＝mg

－μg

设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为－b，

因此小车与木板间的动摩擦因数μ＝

。

答案：

（1）C　

（2）丙　C　（3）

【名师点睛】

1．利用纸带求物体的速度、加速度时要注意以下三点：

（1）计数点间的时间间隔，是0.02s，还是0.02s×n。

如诊断卷第3题，两计数点间有4个点未画出，则T＝0.02s×5＝0.1s。

（2）注意点间距的单位和题目中要求的a、v单位是否一致。

如诊断卷第3题中，s1→s6的单位均为cm，而a、v的要求单位分别为m/s2、m/s，因此，应将s1→s6的单位转变为m。

诊断卷第5题和第6题也有同样的问题。

（3）注意计算加速度公式的选取。

如诊断卷第6题，只有两段位移s1、s2，应选用s2－s1＝aT2计算加速度；而诊断卷第3题，有六段位移，应选用a＝

计算加速度。

2．平衡摩擦力的目的与方法

（1）目的：

在探究做功与动能变化的关系时，为了使橡皮筋对小车所做的功为总功，应平衡小车的摩擦力，如诊断卷第5题；在探究a与F、m的定量关系的实验中，平衡摩擦力的目的是为使细线的拉力作为小车的合外力，如诊断卷第6题。

（2）方法：

不挂橡皮筋或小砂桶的情况下，给小车一初速度，小车下滑时纸带上所打的点间距相等，小车做匀速运动。

3．aF图像发生弯曲的原因分析

由a＝

＝

F可知，随着m的增大，当不满足M≫m时，aF图线的斜率

逐渐减小，如诊断卷第6题。

【锦囊妙计，战胜自我】

1．由纸带确定时间

要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，为便于测量和计算，一般每五个点取一个计数点，这样时间间隔为Δt＝0.02×5s＝0.1s。

2．求瞬时速度

做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。

如图所示，求纸带上某一点的瞬时速度，只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn＋1，则打n点时的速度vn＝

。

3．求加速度

（1）利用a＝

求解：

在已经判断出物体做匀变速直线运动的情况下可利用Δx＝xn＋1－xn＝aT2求加速度a。

（2）逐差法：

如图所示，由xn－xm＝（n－m）aT2

可得：

a1＝

，a2＝

，a3＝

，

所以a＝

＝

（3）两段法：

把图中x1、x2、x3、x4、x5、x6分成时间相等（均为3T）的两大段，则由xⅡ－xⅠ＝aT2得：

（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）＝a（3T）2，解出的a与上面逐差法结果相等，但却要简单得多。

（4）图像法：

①由vn＝

，求出相应点的速度。

②确定各计数点的坐标值（v1，T）、（v2,2T）、…（vn，nT）。

③画出vt图像，图线的斜率为物体做匀变速直线运动的加速度。

易错起源3、“弹簧”“橡皮条”类实验

例3．在“探究弹力和弹簧伸长关系”的实验中，某实验小组将不同数量的钩码分别挂在竖直弹簧下端，进行测量，根据实验所测数据，利用描点法作出了所挂钩码的重力G与弹簧总长L的关系图像，根据图像回答以下问题。

（1）弹簧的原长为________。

（2）弹簧的劲度系数为________。

（3）分析图像，总结出弹力F跟弹簧长度L之间的关系式为________。

解析：

（1）根据胡克定律G＝F＝k（L－L0），由此可知GL图像的横轴截距为L0，故由题图可知L0＝10cm。

当所挂钩码的重力G为0时，弹簧的拉力也为0，此时弹簧长度即为原长，所以弹簧的原长为10cm。

（2）根据G＝k（L－L0）可知，GL图像的斜率大小等于弹簧的劲度系数大小，由题图求出劲度系数为k＝1000N/m。

（3）弹力F跟弹簧长度L之间的关系式为F＝1000L－100（N）。

答案：

（1）10cm　

（2）1000N/m

（3）F＝1000L－100（N）

【变式探究】某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。

实验步骤：

①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。

②如图甲所示，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0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：

F/N

0

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

l/cm

l0

10.97

12.02

13.00

13.98

15.05

③找出②中F＝2.50N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FOO′。

④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。

完成下列作图和填空：

（1）利用表中数据在坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0＝________cm。

（2）测得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则FOA的大小为________N。

（3）根据给出的标度，在图中作出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）在坐标系中描点，用平滑的曲线（直线）将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧。

如图甲所示，由图线可知与横轴的交点l0＝10.0cm。

（4）FOO′的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同，F′是FOA、FOB两个力的合力，所以只要比较F′和FOO′的大小和方向，即可得出实验结论。

答案：

（1）如图甲所示　10.0（9.8、9.9、10.1均正确）

（2）1.80（1.70～1.90均正确）　（3）如图乙所示

（4）FOO′

【名师点睛】

1．刻度尺及弹簧测力计的读数

（1）以mm为最小刻度值的刻度尺，要估读到mm的十分位，如诊断卷第7题，甲的读数为7.73cm，乙的读数为14.66cm。

（2）弹簧测力计读数时要先看量程和分度值，再根据指针所指的位置读出所测力的大小。

如分度值为0.1N，则要估读，即有两位小数，如分度值为0.2N，则小数点后只能有一位小数。

如诊断卷第8题，弹簧测力计的读数为3.00N。

2．Fx和Fl图像的特点

（1）Fx为一条过原点的直线，而Fl为一条倾斜直线但不过原点。

（2）Fx图线和Fl图线的斜率均表示弹簧（或橡皮筋）的劲度系数。

（3）Fl图线在l轴的截距表示弹簧（或橡皮筋）的原长。

（4）Fx和Fl图线发生弯曲的原因是弹簧（或橡皮筋）超出了弹性限度。

如诊断卷第7题的第（3）问。

3．在验证力的平行四边形定则的实验中，利用平行四边形定则求得的合力与测得的合力一般不完全重合。

【锦囊妙计，战胜自我】

1．探究弹力和弹簧伸长的关系的操作关键

（1）实验中不能挂过多的钩码，防止弹簧超过弹性限度。

（2）画图像时，不要连成“折线”，而应尽量让坐标点落在直线上或均匀分布在直线两侧。

2．验证力的平行四边形定则的操作关键

（1）每次拉伸结点位置O必须保持不变。

（2）记下每次各力的大小和方向。

（3）画力的图示时应选择适当的标度。

1．小刚同学用如图所示的实验装置研究“机械能守恒定律”，他进行如下操作：

①用天平测出小球的质量为0.50kg；

②用游标卡尺测出小球的直径为10.0mm；

③用刻度尺测出小球球心到光电门的距离为82.05cm；

④电磁铁先通电，让小球吸在其下端；

⑤电磁铁断电时，小球自由下落；

⑥在小球通过光电门时，计时装置记下小球通过光电门所用的时间为2.50×10－3s，由此可算出小球通过光电门的速度。

（1）由以上测量数据可计算得出小球重力势能的减少量ΔEp＝________J，小球动能的变化量ΔEk＝________J。

（g取9.8m/s2，结果均保留三位有效数字）

（2）从实验结果中发现ΔEp________（选填“稍大于”“稍小于”或“等于”）ΔEk，试分析可能的原因：

________________________。

（2）从实验结果中发现ΔEp稍大于ΔEk，可能的原因是空气阻力的影响。

答案：

（1）4.02　4.00　

（2）稍大于　空气阻力的影响

2．如图为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与物体受力的关系”实验装置。

用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距为L＝48.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录细线拉力和小车到达A、B时的速率。

（1）本实验有关的说法正确的是（　　）

A．两速度传感器之间的距离应适当远些

B．要调整长木板的倾斜角度，平