力学实验.docx
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力学实验
力学实验专题
§1.1 实验：
研究匀变速直线运动
【考点自测】
考点一 实验操作
1．在“研究匀变速直线运动”的实验中，某同学的操作步骤如下，其中错误或多余的步骤是__________．
A．拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源
B．将打点计时器固定在平板上，并接好电源
C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码
D．取下纸带
E．将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动
F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔
若有遗漏步骤，将遗漏步骤写在下面的横线上（遗漏可编上序号G、H……）．
____________________________________________；实验步骤的合理顺序为____________________．
考点二 实验数据的处理
2．如图1－4－2所示是物体做匀变速直线运动得到的一条纸带，从0点开始每5个计时点取一个计数点，依照打点的先后顺序依次编为1、2、3、4、5、6，测得x1＝5.18cm，x2＝4.40cm，x3＝3.62cm，x4＝2.78cm，x5＝2.00cm，x6＝1.22cm.
图1－4－2
（1）相邻两计数点间的时间间隔为______s.
（2）物体的加速度大小a＝______m/s2，方向______（填A→B或B→A）．
（3）打点计时器打计数点3时，物体的速度大小v3＝______m/s，方向______（填A→B或B→A）．
考点三 实验误差的分析
3．某同学用图1－4－3所示装置测量重力加速度g，所用交流电频率为50Hz.在所选纸带上取某点为0号计数点，然后每隔两个计时点取一个计数点，所有测量数据及其标记符号如图1－4－4所示．
图1－4－3图1－4－4
该同学用两种方法处理数据（T为相邻两计数点的时间间隔）：
方法A：
由g1＝
，g2＝
，…，g5＝
，取平均值
＝8.667m/s2；
方法B：
由g1＝
，g2＝
，g3＝
，取平均值
＝8.673m/s2
从数据处理方法看，在x1、x2、x3、x4、x5、x6中，对实验结果起作用的：
方法A中有__________；方法B中有___．
因此，选择方法__________（A或B）更合理，这样可以减少实验的________（系统或偶然）误差．本实验误差的主要来源有______________________（试举出两条）．
【思维深化 典例探究】
题型一实验数据的处理
【例1】在“研究匀变速直线运动”的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，记录小车运动的纸带如图1－4－5所示，在纸带上选择6个计数点A、B、C、D、E、F，相邻两计数点之间还有四个点未画出，各点到A点的距离依次是2.0cm、5.0cm、9.0cm、14.0cm、20.0cm.
图1－4－5
（1）根据学过的知识可以求出小车在B点的速度为vB＝__________m/s，CE间的平均速度为__________m/s.
（2）以打B点时为计时起点，建立v－t坐标系，如图1－4－6所示，请在图中作出小车运动的速度与时间的关系图线．
图1－4－6
题型二实验误差的分析
【例2】光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图1－4－8（a）所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以精确地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录下来，现利用图1－4－8（b）所示的装置测量滑块和长木板间的动摩擦因数，图中MN是水平桌面，Q是长木板与桌面的接触点，1和2是固定在长木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出，长木板顶端P点悬有一铅锤，实验时，让滑块从长木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为1.0×10－2s和4.0×10－3s．用精度为0.05mm的游标卡尺测量滑块的宽度为d，其示数如图1－4－8（c）所示．
图1－4－8
（1）滑块的宽度d＝__________cm.
（2）滑块通过光电门1时的速度v1＝__________m/s，滑块通过光电门2时的速度v2＝__________m/s.（结果保留两个有效数字）
（3）由此测得的瞬时速度v1和v2只是一个近似值，它们实质上是通过光电门1和2时的__________，要使瞬时速度的测量值更接近于真实值，可将__________的宽度减小一些．
高效作业 知能提升
一、选择题
1．（多选题）当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点痕．下列关于纸带上点痕的说法中，正确的是（ ）
A．点痕记录了运动的时间
B．点痕记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移
C．点痕在纸带上的分布情况，反映了物体的质量和形状
D．点痕在纸带上的分布情况，反映了物体的运动情况
2．“研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁式打点计时器（所用交流电的频率为50Hz），得到如图1－4－11所示的纸带．图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是（ ）
图1－4－11
A．实验时应先放开纸带再接通电源
B．（x6－x1）等于（x2－x1）的6倍
C．从纸带可求出计数点B对应的速率
D．相邻两个计数点间的时间间隔为0.02s
3．（多选题）如图1－4－12所示，为同一打点计时器打出的两条纸带．由纸带可知（ ）
图1－4－12
A．在打下计数点“0”至“5”的过程中，纸带甲的平均速度比乙的大
B．在打下计数点“0”至“5”的过程中，纸带甲的平均速度比乙的小
C．纸带甲的加速度比乙的大
D．纸带甲的加速度比乙的小
二、非选择题
4．利用练图1－4－13所示装置可以研究自由落体运动：
图1－4－13
（1）实验时调整好仪器，开始打点计时的时候，应先__________，然后__________．
（2）为了测得重物下落的加速度，还需要的实验器材有________（填入正确选项前的字母）．
A．秒表 B．天平
C．刻度尺D．直流电源
（3）实验中用打点计时器打出一条纸带，在纸带上选取了点迹清晰、连续的3个点，用刻度尺测出相邻两点间的距离x1和x2，已知交流电频率为50Hz，当地的重力加速度为9.81m/s2.下列A、B、C、D四组数据中，正确的一组是________．
A．51.0mm,55.8mmB．49.0mm,52.9mm
C．45.1mm,52.8mmD．50.5mm,51.7mm
5．在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，某同学测量数据后，通过计算得到了小车运动过程中各计时时刻的速度如表所示.
位置编号
0
1
2
3
4
5
时间t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
速度v/（m·s－1）
0.38
0.63
0.88
1.12
1.38
1.63
（1）分析表中数据可知，在误差允许的范围内，小车做__________运动．
（2）由于此次实验的原始纸带没有保存，另一同学想估算小车从位置0到位置5的位移，其估算方法如下：
x＝（0.38×0.1＋0.63×0.1＋0.88×0.1＋1.12×0.1＋1.38×0.1）m＝……那么，该同学得到的位移______（选填“大于”“等于”或“小于”）实际位移，为了使计算位移的误差尽可能小，你认为采取什么方法更合适？
（不必算出具体数据）
___________________________________________________________.
6．如图1－4－14，为测量做匀加速直线运动的小车的加速度，将宽度均为b的挡光片A、B固定在小车上，测得二者间距为d.
图1－4－14
（1）当小车匀加速经过光电门时，测得两挡光片先后经过的时间Δt1和Δt2，则小车加速度a＝__________.
（2）（多选题）为减小实验误差，可采取的方法是（ ）
A．增大两挡光片宽度b B．减小两挡光片宽度b
C．增大两挡光片间距dD．减小两挡光片间距d
7．（2011·广东卷）如图1－4－15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．
图1－4－15
（1）OD间的距离为__________cm.
（2）如图1－4－16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）．
图1－4－16
8．（2011·新课标全国卷）利用图1－4－17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
图1－4－17
完成下列填空和作图：
（1）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vt、测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是__________；
（2）根据表中给出的数据，在图1－4－18给出的坐标纸上画出
－t图线；
图1－4－18
（3）由所画出的
－t图线，得出滑块加速度的大小为a＝__________m/s2（保留两位有效数字）．
§1.2探究弹力与弹簧伸长的关系
【考点自测】
考点一 实验操作
1．（多选题）在“探究弹力与弹簧伸长的关系”的实验中，关于操作步骤的先后顺序，下列说法正确的是（ ）
A．先测量原长，后竖直悬挂
B．先竖直悬挂，后测量原长
C．先后顺序对实验结果无影响
D．先后顺序对实验结果的影响程度取决于弹簧的自重
2．做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验步骤如下：
A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组数据（x，F）对应的点，并用平滑的曲线连接起来；
B．记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度L0；
C．将铁架台固定于桌子上（也可在横梁的另一侧挂上一定的配重），并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一刻度尺；
D．依次在弹簧下端挂上2个、3个、4个…钩码并分别记下钩码静止时，弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内，然后取下钩码；
E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式．首先尝试写成一次函数，如果不行则考虑二次函数；
F．解释函数表达式中常数的物理意义；
G．整理仪器．
请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：
_________.
考点二 实验数据的处理
图2－4－3
3．如图2－4－3所示是描述某根弹簧的伸长量与所受拉力之间的关系图像，下列关于这根弹簧的说法中正确的是（ ）
A．弹簧的劲度系数是2N/m
B．弹簧的劲度系数是2×103N/m
C．当受到800N的拉力作用时，弹簧的长度是40cm
D．当弹簧伸长量为20cm时，弹簧产生的拉力是200N
【思维深化 典例探究】
题型一实验中应注意的问题
【例1】某同学做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩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图2－4－6中的（ ）
A． B． C． D.
图2－4－6
§1.3验证力的平行四边形定则
【考点自测】
考点一 实验原理
1．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，合力与分力的作用效果相同，这里作用效果是指（ ）
A．弹簧测力计的弹簧被拉长
B．固定橡皮条的图钉受拉力产生形变
C．细绳套受拉力产生形变
D．使橡皮条在同一方向上伸长到同一长度
考点二 实验误差
2．在做“验证力的平行四边形定则”实验时，下面列出的措施中，不利于改进实验结果的是（ ）
A．橡皮条弹性要好，拉到O点时拉力应适当大些
B．两个分力F1和F2间的夹角要尽量大些
C．拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧测力计平行贴近木板面
D．拉橡皮条的绳要细，而且要稍长一些
【思维深化 典例探究】
题型一对实验原理的理解
【例1】“验证力的平行四边形定则”的实验如图2－4－11（a）所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳．图2－4－11（b）所示是在白纸上根据实验结果画出的图．
（a） （b）
图2－4－11
（1）图（b）中的__________是力F1和F2的合力的理论值：
__________是力F1和F2的合力的实际测量值．
（2）在实验中，如果将细绳也换成橡皮筋，那么实验结果是否会发生变化？
答：
__________（选填“变”或“不变”）
（3）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
高效作业 知能提升
一、选择题
1．（多选题）在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验中，以下说法正确的是（ ）
A．弹簧被拉伸时，不能超过它的弹性限度
B．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态
C．用直尺测量弹簧的长度即为弹簧的伸长量
D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等
2．一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图像如图2－4－13所示．下列表述正确的是（ ）
图2－4－13
A．a的原长比b的长
B．a的劲度系数比b的大
C．a的劲度系数比b的小
D．测得的弹力与弹簧的长度成正比
3．（多选题）在做“验证力的平行四边形定则”实验时，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点，以下操作中错误的是（ ）
A．同一实验过程中，O点位置允许变动
B．实验中，弹簧测力计必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度线
C．实验中，先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向，把橡皮条另一端拉到O点
D．实验中，把橡皮条另一端拉到O点时，两弹簧测力计之间的夹角应取90°，以便于算出合力大小
二、非选择题
4．在探究求合力的方法时，先将橡皮筋的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳．实验时，需要两次拉伸橡皮筋，一次是通过两细绳用两个弹簧秤通过细绳拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条．
（1）实验对两次拉橡皮条的要求中，下列哪些说法是正确的__________（填字母代号）．
A将橡皮条拉伸相同长度即可
B．将橡皮条沿相同方向拉到相同长度
C．将弹簧秤都拉伸到相同刻度
D．将橡皮条和绳的结点拉到相同位置
（2）同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是__________（填字母代号）．
A．两细绳必须等长
B．弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行
C．用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大
D．拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些
5．某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系，并测弹簧的劲度系数k.做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将分度值是毫米的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，指针指示的刻度数值记作L0；弹簧下端挂一个50g的钩码时，指针指示的刻度数值记作L1；弹簧下端挂两个50g的钩码时，指针指示的刻度数值记作L2……挂七个50g的钩码时，指针指示的刻度数值记作L7.
（1）下表记录的是该同学已测出的6个值，其中两个数值在记录时有误，它们的代表符号分别是______________和__________．
测量记录表：
代表符号
L0
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
刻度数值/cm
1.70
3.40
5.10
8.60
10.3
12.1
（2）实验中，L3和L7两个值还没有测定，请你根据图2－4－16将这两个测量值填入记录表中．
图2－4－16
（3）为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值：
d1＝L4－L0＝6.90cm，d2＝L5－L1＝6.90cm，d3＝L6－L2＝7.00cm.请你给出第四个差值：
d4＝______＝______cm.
（4）根据以上差值，可以求出每增加50g钩码的弹簧平均伸长量ΔL.ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子为：
ΔL＝________，代入数据解得ΔL＝__________cm.
§1.4 实验：
验证牛顿第二定律
【考点自测】
考点一 实验操作
1．（2011·南通质检）“验证牛顿第二定律”的实验，主要的步骤有：
A．将一端附有定滑轮的长木板放在水平桌面上，取两个质量相等的小车，放在光滑的水平长木板上；
B．打开夹子，让两个小车同时从静止开始运动，小车运动一段距离后，夹上夹子，让它们同时停下来，用刻度尺分别测出两个小车在这一段时间内通过的位移大小；
C．分析所得到的两个小车在相同的时间内通过的位移大小与小车所受的水平拉力的大小关系，从而得到质量相等的物体运动的加速度与物体所受作用力大小的关系；
D．在小车的后端也分别系上细绳，用一只夹子夹住这两根细绳；
E．在小车的前端分别系上细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘内分别放着数目不等的砝码，使砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量，分别用天平测出两个砝码盘和盘内砝码的总质量
上述实验步骤，正确的排列顺序是__________．
考点二 实验原理
图3－3－2
2．（多选题）如图3－3－2所示，在探究牛顿运动定律的演示实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有（ ）
A．当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x2
B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1
C．当m1＝2m2、F1＝F2时，x1＝2x2
D．当m1＝2m2、F1＝F2时，x2＝2x1
【思维深化 典例探究】
题型一实验原理与实验误差的分析
图3－3－5
【例1】在“验证牛顿运动定律”的实验中，采用如图3－3－5所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带上打的点计算出．
（1）当M与m的大小关系满足__________时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力．
（2）一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图像法处理数据．为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该作a与__________的图像．
（3）如图3－3－6（a）所示为甲同学根据测量数据作出的a－F图像，此图像说明实验存在的问题是__________．
图3－3－6
（4）乙、丙两同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a－F图像如图3－3－6（b）所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？
题型二实验数据的处理
【例2】“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图3－3－7（a）所示．
（1）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3－3－7（b）所示，计时器打点的时间间隔为0.02s．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a＝________m/s2.（结果保留两个有效数字）
图3－3－7
（2）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：
砝码盘中砝
码总重力F/N
0.196
0.392
0.588
0.784
0.980
加速度a/（m·s－2）
0.69
1.18
1.66
2.18
2.70
请根据实验数据作出a－F的关系图像．
图3－3－8
（3）根据提供的实验数据作出的a－F图像不通过原点，请说明主要原因．
【误区反思,感悟提高】
易错点不能应用实验原理分析图像导致的错误
例 在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，在研究加速度a与小车的质量M的关系时，由于没有注意始终满足M≫m的条件，结果得到的图像应是图3－3－10中的（ ）
A． B． C． D.
图3－3－10
高效作业 知能提升
一、选择题
1．关于验证牛顿第二定律的实验，下列说法中符合实际的是（ ）
A．通过对同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
B．通过对保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
C．通过对保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系
D．先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
2．（多选题）如图3－3－11所示是在验证牛顿第二定律实验中，根据实验数据描绘出的三条a－F图像，下列说法中正确的是（ ）
图3－3－11
A．三条倾斜直线所对应的小车和砝码的总质量相同
B．三条倾斜直线所对应的小车和砝码的总质量不同
C．直线1对应的小车和砝码的总质量最大
D．直线3对应的小车和砝码的总质量最大
二、非选择题
3．图3－3－13为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．
图3－3－13
（1）实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是__________．
A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动．从打出的纸带判断小车是否做匀速运动．
B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动．
C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动．
（2）实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是_______
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