力学 热学 光学 实验.docx

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力学热学光学实验

§力学实验

一、误差有效数字游标卡尺的读数

练习：

一种游标卡尺，它的游标尺上有50个小的等分刻度，总长度为49mm，用它测量某物体长度，卡尺示数如图所示，则该物体的长度是_______cm.

习题：

某同学使用20分度的游标卡尺测量一物体的尺寸，而另一同学却故意遮挡住了一部分刻度，使其只能看到游标卡尺的后半部分，如图所示，问该同学还能得到的物体的尺寸大小吗？

二、用打点计时器研究匀变速直线运动的规律

重要结论：

打点计时器实验主要是考察两个公式：

和

练习：

某同学利用打点计时器所记录的纸带来研究做匀变速直线运动小车的运动情况，实验中获得一条纸带，如图所示，其中两相邻计数点间有四个点未画出．已知所用电源的频率为50Hz，则打A点时小车运动的速度大小vA＝________m/s，小车运动的加速度大小a＝________m/s2.（结果要求保留三位有效数字）

练习：

某同学在做“探究小车速度随时间变化规律”的实验时，打点计时器所用电源的频率是

，在实验中得到一条点迹清晰的纸带，他把某一点记作

，再选依次相邻的6个点作为测量点，分别

和

，如下图所示．

①在做用打点计时器测速度的实验时，要用到打点

计时器，打点计时器是一种计时仪器，其电源频率为

50Hz，常用的电磁打点计时器和电火花打点计时器使用

的是（直流电，交流电），它们是

每隔s打一个点。

②如果测得

两点相距

，

两点

相距

，则在打

点时小车速度是

．

③该同学分别算出打各点时小车的速度，然后根据

数据在

坐标系中描点（如图所示），由此可求得小车

的加速度

＝

．

练习：

某同学探究加速度与力的关系实验中，按照正确操作步骤，得到了在不同合外力下的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等几条纸带，并在纸带上每5个点取一个记数点，即相邻两记数点间的时间间隔为0.1s，将每条纸带上的计数点都记为0、1、2、3、4、5......，如题6图1所示A、B、C三段纸带，分别是从三条不同纸带上撕下的。

①打下计数点1时，纸带的速度大小为m/s

②打Ⅰ纸带时，物体的加速度大小是m/s2

③在A、B、C三段纸带中，属于纸带Ⅰ的是

三、验证力的平行四边形定则研究弹力和弹簧伸长的关系

练习、

（1）在做“探究力的平行四边形定则”实验时,橡皮条的一端固定在木板上,用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点,则下列说法中正确的是__________________

A．同一次实验中,O点位置允许变动

B．实验中，橡皮条、细绳和弹簧秤应与木板保持平行

C．实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时,两个弹簧秤之间的夹角必须取90°

D．实验中，要始终将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后调节另一弹簧秤拉力的大小和方向,把橡皮条另一端拉到O点

（2）如图所示，是甲、乙两位同学在做本实验时得到的结果，其中F是用作图法得到的合力，F’是通过实验测得的合力,则哪个实验结果是符合实验事实的?

（填“甲”或“乙”）

练习：

某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验．他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上砝码后测出弹簧伸长后的长度L，把L－L0作为弹簧的伸长量x.这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是下图中的哪一个（　　）

四、验证牛顿第二定律

习题、

图1所示为某同学研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”的实验装置示意图。

（1）下面列出了一些实验器材：

电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶、刻度尺。

除以上器材外，还需要的实验器材有：

__________。

A．秒表B．天平（附砝码）C．低压交流电源D．低压直流电源

（2）实验中，需要补偿打点计时器对小车的阻力及其它阻力：

小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。

把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做__________运动。

（3）实验中，为了保证砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，砂和砂桶的总质量m与小车和车上砝码的总质量M之间应满足的条件是__________。

这样，在改变小车上砝码的质量时，只要砂和砂桶质量不变，就可以认为小车所受拉力几乎不变。

（4）如图2所示，A、B、C为三个相邻的计数点，若相邻计数点之间的时间间隔为T，A、B间的距离为x1，B、C间的距离为x2，则小车的加速度a=__________。

已知T=0.10s，x1=5.90cm，x2=6.46cm，则a=__________m/s2（结果保留2位有效数字）。

（5）在做实验时，该同学已补偿了打点计时器对小车的阻力及其它阻力。

在处理数据时，他以小车的加速度的倒数

为纵轴，以小车和车上砝码的总质量M为横轴，描绘出

-M图象，图3中能够正确反映

-M关系的示意图是__________。

五、研究平抛物体的运动

练习：

一名同学在“研究平抛运动”实验中，只画出了如图所示的一部分曲线，于是他在曲线上取水平距离Δs相等的三点A、B、C，量得Δs＝0.2m.又量出它们之间的竖直距离分别为h1＝0.1m，h2＝0.2m，利用这些数据，可求得：

（1）物体抛出时的初速度为________；

（2）物体经过B点时的竖直分速度为________；

（3）抛出点在A点上方的高度为________．（g取10m/s2）

六、探究功与速度变化的关系

习题、在探究动能定理的实验中，某实验小组组装了一套如图甲所示的装置，拉力传感器固定在小车上，一端与细绳相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．穿过打点计时器的纸带与小车尾部相连接，打点计时器打点周期为T，实验的部分步骤如下：

（1）平衡小车所受的阻力：

不挂钩码，调整木板右端的高度，用手轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列______________的点．

（2）测量小车和拉力传感器的总质量M，按图组装好仪

器，并连接好所需电路，将小车停在打点计时器附近，先接

通拉力传感器和打点计时器的电源，然后______________，

打出一条纸带，关闭电源．

（3）在打出的纸带中选择一条比较理想的纸带如图乙

所示，在纸带上按打点先后顺

序依次取O、A、B、C、D、

E等多个计时点，各个计时点

到O点间的距离分别用hA、hB、

hC、hD、hE、……表示，则小

车和拉力传感器在计时器打下D点时的动能表达式为______________，若拉力传感器的读数为F，计时器打下A点到打下D点过程中，细绳拉力对小车所做功的表达式为______________．

（4）某同学以A点为起始点，以A点到各个计数点动能的增量ΔEk为纵坐标，以A点到各个计数点拉力对小车所做的功W为横坐标，得到一条过原点的倾角为45°的直线，由此可以得到的结论是_______________________________________________________．

七、验证机械能守恒定律

练习：

在利用电磁打点计时器（电磁打点计时器所用电源频率为50Hz）“验证机械能守恒定律”的实验中：

（1）某同学用如图所示装置进行实验，得到如图所示的纸带，把第一个点（初速度为零）记作O点，测出点O、A间的距离为68.97cm，点A、C间的距离为15.24cm，点C、E间的距离为16.76cm，已知当地重力加速度为9.8m/s2，重锤的质量为m＝1.0kg，则打点计时器在打O点到C点的这段时间内，重锤动能的增加量为________J，重力势能的减少量为________J.

（2）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a＝________m/s2.

（3）在实验中发现，重锤减少的重力势能总大于重锤增加的动能，其原因主要是因为在重锤带着纸带下落的过程中存在着阻力的作用，用题目中给出的已知量求重锤下落过程中受到的平均阻力大小为________N.

九、验证动量守恒定律

习题：

（11北京）如图2，用“碰撞试验器”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试验中，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（填选项前的序号），间接地解决这个问题。

A．小球开始释放高度

B．小球抛出点距地面得高度

C．小球做平抛运动的射程

②图2中

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多次从斜轨上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）。

④经测定，m1=45.0g，m2=7.5g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图3所示。

碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1′，则p1∶p1′=∶11；若碰撞结束时m2的动量为p2′,则p1′∶p2′=11∶____。

实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值

为　　　　　　　　。

⑤有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被撞小球做平抛运动的射程增大。

请你用④中已知的数据，分析和计算出被撞小球m2平抛运动射程ON的最大值为____cm。

十、力学创新实验

习题：

某同学在做测定木板与木块间的动摩擦因数的实验时，设计了两种实验方案：

方案a：

木板固定，用弹簧秤拉动木块，如图（a）所示；

方案b：

木块固定，用手拉动木板，如图（b）所示．

除了实验必需的弹簧秤、木板、木块、细线外，该同学还准备了质量为200g的配重若干个．（g=10m/s2）

①上述两种方案中，你认为更合理的方案，原因是；

②该实验中应测量的物理量是；

③该同学在木块上加放配重，改变木块对木板的正压力，记录了5组实验数据，如下表所示：

实验次数

1

2

3

4

5

配重（个数）

0

1

2

3

4

弹簧秤读数/N

0.50

1.00

1.50

1.80

2.50

木块重/N

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

请根据上述数据画出木块所受摩擦力和压力的关系图象；由图象可求出木板和木块间动摩擦因数是．

习题：

某研究小组为测量一个遥控电动小车的额定功率,进行了如下实验:

①用天平测出电动小车的质量为0.4kg；

②将电动小车、纸带和打点计时器按如图1所示安装；

③接通打点计时器（其打点周期为0.02s）；

④使电动小车以额定功率加速运动,达到最大速度一段时间后关闭小车电源,待小车静止时再关闭打点计时器（设小车在整个过程中小车与纸带所受的阻力恒定）．在上述过程中,打点计时器在纸带上所打的部分点迹如图2所示（已知纸带左端与小车相连）．

请分析纸带数据，回答下列问题：

（1）电动小车运动的最大速度为m/s

（2）电动小车关闭电源后加速度大小为m/s2

（3）电动小车的额定功率为W．

§热学实验

用单分子油膜法测分子直径的大小

练习：

（11全国）在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：

①往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水．待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。

②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定。

③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。

④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。

⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。

完成下列填空：

（1）上述步骤中，正确的顺序是_______________________。

（填写步骤前面的数字）

（2）将1cm3的油酸溶于酒精，制成300cm3的油酸酒精溶液；测得lcm3的油酸酒精溶液有50滴。

现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13m2。

由此估算出油酸分子的直径为___________________m。

（结果保留l位有效数字）

§力学实验

一、误差有效数字游标卡尺的读数

练习：

一种游标卡尺，它的游标尺上有50个小的等分刻度，总长度为49mm，用它测量某物体长度，卡尺示数如图所示，则该物体的长度是_______cm.4.120

习题：

某同学使用20分度的游标卡尺测量一物体的尺寸，而另一同学却故意遮挡住了一部分刻度，使其只能看到游标卡尺的后半部分，如图所示，问该同学还能得到的物体的尺寸大小吗？

20.35mm.

二、用打点计时器研究匀变速直线运动的规律

重要结论：

打点计时器实验主要是考察两个公式：

和

练习：

某同学利用打点计时器所记录的纸带来研究做匀变速直线运动小车的运动情况，实验中获得一条纸带，如图所示，其中两相邻计数点间有四个点未画出．已知所用电源的频率为50Hz，则打A点时小车运动的速度大小vA＝________m/s，小车运动的加速度大小a＝________m/s2.（结果要求保留三位有效数字）

【答案】0.337　0.393

练习：

某同学在做“探究小车速度随时间变化规律”的实验时，打点计时器所用电源的频率是

，在实验中得到一条点迹清晰的纸带，他把某一点记作

，再选依次相邻的6个点作为测量点，分别

和

，如下图所示．

①在做用打点计时器测速度的实验时，要用到打点

计时器，打点计时器是一种计时仪器，其电源频率为

50Hz，常用的电磁打点计时器和电火花打点计时器使用

的是（直流电，交流电），它们是

每隔s打一个点。

②如果测得

两点相距

，

两点

相距

，则在打

点时小车速度是

．

③该同学分别算出打各点时小车的速度，然后根据

数据在

坐标系中描点（如图所示），由此可求得小车

的加速度

＝

．

①交流电

②

③

练习：

某同学探究加速度与力的关系实验中，按照正确操作步骤，得到了在不同合外力下的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等几条纸带，并在纸带上每5个点取一个记数点，即相邻两记数点间的时间间隔为0.1s，将每条纸带上的计数点都记为0、1、2、3、4、5......，如题6图1所示A、B、C三段纸带，分别是从三条不同纸带上撕下的。

①打下计数点1时，纸带的速度大小为m/s

②打Ⅰ纸带时，物体的加速度大小是m/s2

③在A、B、C三段纸带中，属于纸带Ⅰ的是

15年重庆二诊

①0.201（3分）

②2.0（3分）

③B（3分）

三、验证力的平行四边形定则研究弹力和弹簧伸长的关系

练习、

（1）在做“探究力的平行四边形定则”实验时,橡皮条的一端固定在木板上,用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点,则下列说法中正确的是__________________

A．同一次实验中,O点位置允许变动

B．实验中，橡皮条、细绳和弹簧秤应与木板保持平行

C．实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时,两个弹簧秤之间的夹角必须取90°

D．实验中，要始终将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后调节另一弹簧秤拉力的大小和方向,把橡皮条另一端拉到O点

（2）如图所示，是甲、乙两位同学在做本实验时得到的结果，其中F是用作图法得到的合力，F’是通过实验测得的合力,则哪个实验结果是符合实验事实的?

（填“甲”或“乙”）

练习：

某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验．他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上砝码后测出弹簧伸长后的长度L，把L－L0作为弹簧的伸长量x.这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是下图中的哪一个（　　）C

四、验证牛顿第二定律

习题、

图1所示为某同学研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”的实验装置示意图。

（1）下面列出了一些实验器材：

电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶、刻度尺。

除以上器材外，还需要的实验器材有：

__________。

A．秒表B．天平（附砝码）C．低压交流电源D．低压直流电源

（2）实验中，需要补偿打点计时器对小车的阻力及其它阻力：

小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。

把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做__________运动。

（3）实验中，为了保证砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，砂和砂桶的总质量m与小车和车上砝码的总质量M之间应满足的条件是__________。

这样，在改变小车上砝码的质量时，只要砂和砂桶质量不变，就可以认为小车所受拉力几乎不变。

（4）如图2所示，A、B、C为三个相邻的计数点，若相邻计数点之间的时间间隔为T，A、B间的距离为x1，B、C间的距离为x2，则小车的加速度a=__________。

已知T=0.10s，x1=5.90cm，x2=6.46cm，则a=__________m/s2（结果保留2位有效数字）。

（5）在做实验时，该同学已补偿了打点计时器对小车的阻力及其它阻力。

在处理数据时，他以小车的加速度的倒数

为纵轴，以小车和车上砝码的总质量M为横轴，描绘出

-M图象，图3中能够正确反映

-M关系的示意图是__________。

（1）BC〖4分〗

（2）匀速直线〖3分〗

（3）m<

（4）

〖2分〗0.56〖2分〗

（5）C〖4分〗

五、研究平抛物体的运动

练习：

一名同学在“研究平抛运动”实验中，只画出了如图所示的一部分曲线，于是他在曲线上取水平距离Δs相等的三点A、B、C，量得Δs＝0.2m.又量出它们之间的竖直距离分别为h1＝0.1m，h2＝0.2m，利用这些数据，可求得：

（1）物体抛出时的初速度为________；

（2）物体经过B点时的竖直分速度为________；

（3）抛出点在A点上方的高度为________．（g取10m/s2）

【答案】　

（1）2m/s　

（2）1.5m/s　（3）0.0125m

六、探究功与速度变化的关系

习题、在探究动能定理的实验中，某实验小组组装了一套如图甲所示的装置，拉力传感器固定在小车上，一端与细绳相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．穿过打点计时器的纸带与小车尾部相连接，打点计时器打点周期为T，实验的部分步骤如下：

（1）平衡小车所受的阻力：

不挂钩码，调整木板右端的高度，用手轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列______________的点．

（2）测量小车和拉力传感器的总质量M，按图组装好仪

器，并连接好所需电路，将小车停在打点计时器附近，先接

通拉力传感器和打点计时器的电源，然后______________，

打出一条纸带，关闭电源．

（3）在打出的纸带中选择一条比较理想的纸带如图乙

所示，在纸带上按打点先后顺

序依次取O、A、B、C、D、

E等多个计时点，各个计时点

到O点间的距离分别用hA、hB、

hC、hD、hE、……表示，则小

车和拉力传感器在计时器打下D点时的动能表达式为______________，若拉力传感器的读数为F，计时器打下A点到打下D点过程中，细绳拉力对小车所做功的表达式为______________．

（4）某同学以A点为起始点，以A点到各个计数点动能的增量ΔEk为纵坐标，以A点到各个计数点拉力对小车所做的功W为横坐标，得到一条过原点的倾角为45°的直线，由此可以得到的结论是_______________________________________________________．

答案

（1）间距相等（或分布均匀等）

（2）释放小车（3）

；F（hD－hA）

（4）外力所做的功等于物体动能的变化量（或

等表达式的形式）（3分）

七、验证机械能守恒定律

练习：

在利用电磁打点计时器（电磁打点计时器所用电源频率为50Hz）“验证机械能守恒定律”的实验中：

（1）某同学用如图所示装置进行实验，得到如图所示的纸带，把第一个点（初速度为零）记作O点，测出点O、A间的距离为68.97cm，点A、C间的距离为15.24cm，点C、E间的距离为16.76cm，已知当地重力加速度为9.8m/s2，重锤的质量为m＝1.0kg，则打点计时器在打O点到C点的这段时间内，重锤动能的增加量为________J，重力势能的减少量为________J.

（2）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a＝________m/s2.

（3）在实验中发现，重锤减少的重力势能总大于重锤增加的动能，其原因主要是因为在重锤带着纸带下落的过程中存在着阻力的作用，用题目中给出的已知量求重锤下落过程中受到的平均阻力大小为________N.

【答案】　

（1）8.00　8.25　

（2）9.50　（3）0.30

九、验证动量守恒定律

习题：

（11北京）如图2，用“碰撞试验器”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试验中，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（填选项前的序号），间接地解决这个问题。

A．小球开始释放高度

B．小球抛出点距地面得高度

C．小球做平抛运动的射程

②图2中

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多次从斜轨上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）。

④经测定，m1=45.0g，m2=7.5g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图3所示。

碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1′，则p1∶p1′=∶11；若碰撞结束时m2的动量为p2′,则p1′∶p2′=11∶____。

实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值

为　　　　　　　　。

⑤有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被撞小球做平抛运动的射程增大。

请你用④中已知的数据，分析和计算出被撞小球m2平抛运动射程ON的最大值为____c