江苏省黄埭中学高三物理一轮学案33 力学实验

江苏省黄埭中学高三物理一轮学案33 力学实验

力学实验 ‎【验证力的平行四边形定则】【例1】)如图所示，在“力的平行四边形定则”的实验探究中，某同学进行实验的主要步骤是：将橡皮条的一端固定在木板上的A点，另一端拴上两根带有绳套的细绳，每根绳套分别连着一个弹簧测力计．沿着两个方向拉弹簧测力计，将橡皮条的活动端拉到某一位置，将此位置标记为O点，读取此时弹簧测力计的示数，分别记录两个拉力F1、F2的大小并标出方向；再用一个弹簧测力计将橡皮条的活动端仍拉至O点，记录其拉力F的大小和方向．‎ ‎①用一个弹簧测力计将橡皮条的活动端仍拉到O点，这样做的目的是________ ____．‎ ‎②为尽可能减小实验误差，下列操作中正确的是________．‎ A. 弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行 B. 两细绳必须等长 C. 标记同一细绳方向的两点要远些 D. 用两弹簧秤同时拉细绳时夹角应尽可能大 ‎【知识要点】：‎ ‎【例2】某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”．弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置．分别读出弹簧测力计A和B的示数，‎ 并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向．‎ ‎(1) 本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为________N.‎ ‎(2) 下列不必要的实验要求是________．(请填写选项前对应的字母)‎ A. 应测量重物M所受的重力 B. 弹簧测力计应在使用前校零 C. 拉线方向应与木板平面平行 D. 改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置 ‎(3) 某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法．‎ ‎ ‎ ‎【探究加速度与物体质量、物体受力的关系】【例3】在探究加速度与物体质量、物体受力的关系实验中，实验装置如图甲所示：一木块放在水平长木板上，左侧拴有一不可伸长的细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连，重物的质量为m.木块右侧与穿过打点计时器的纸带相连，在重物牵引下，木块在木板上向左做匀加速运动．图乙给出了打点计时器在纸带上打出的一些连续的点，它们之间的距离分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6，打点计时器所用交流电周期为T0.根据以上数据求：‎ ‎【知识要点】：‎ ‎(1) 木块的加速度a＝____________；(2) 细线对木块的拉力T＝____________；‎ ‎(3) 在记录实验数据时，将重物所受重力大小作为木块所受合外力的大小．按上述实验操作，误差比较大．为了减小误差，需要增加的一个实验操作是____________________；实验过程中还应满足________________条件．‎ ‎【例4】光电计时器是一种研究物体运动情况的常见计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接受装置．当有物体从a、b之间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．现利用图乙所示的装置设计一个“探究物体的加速度与合外力、质量的关系”的实验，图中AB是水平桌面，CD是一端带有定滑轮的长木板，为了平衡小车与木板间的摩擦，将木板C端垫高．将光电门固定在靠近木板滑轮一端的F点(与之连接的光电计时器没有画出)．小车上固定着用于挡光的窄片K，让小车从木板上的E点由静止滑下，与光电门连接的计时器显示窄片K的挡光时间．‎ ‎(1) 用游标卡尺测量窄片的宽度d，如图丁所示，其读数为________cm.‎ ‎(2) 用米尺测量E、F两点间距为L，已知L≫d，与光电门连接的计时器显示的挡光时间为Δt，则小车的加速度表达式a＝____________(结果用所给字母表示)．‎ ‎(3) 某同学在实验中保持小车质量M不变，改变砂与砂桶质量m，并将砂和砂桶的重力当做小车的所受的合外力F，通过多次测出作出aF图线，如图丙中实线所示．试分析图线不过坐标原点的原因是____________________________________，图线上部明显偏离直线的原因是______________________________________________________．‎ ‎【验证机械能守恒定律】【例5】某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如图所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验．‎ ‎(1) 组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是________，理由是　　.‎ ‎(2) 若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图丙所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s，请根据纸带计算出B点的速度大小________m/s(结果保留三位有效数字)．‎ ‎(3) 该小组内同学们根据纸带算出了相应点的速度，作出v2h图线如图丁所示，请根据图线计算出当地的重力加速度g＝________m/s2(结果保留两位有效数字)．‎ ‎【例6】某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示．在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连．滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象．‎ ‎(1) 实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的Δt1________Δt2(填“＞”、“＝”或“＜”)时，说明气垫导轨已经水平．‎ ‎(2) 用螺旋测微器测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d＝________mm.‎ ‎(3) 滑块P用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，还应测出________和________(写出物理量的名称及符号)．‎ ‎(4) 若上述物理量间满足关系式________________，则表明在上述过程中，滑块和砝码组成的系统机械能守恒．‎ ‎【知识要点】‎ ‎【课堂作业】1、李明同学在做“互成角度的两个力的合成”实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧秤拉力的大小如图所示．‎ ‎(1)试在图中作出无实验误差情况下 F1和F2的合力图示，并用F表示此力 ‎(2)有关此实验，下列叙述正确的是________．‎ A．两弹簧秤的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大 B．橡皮筋的拉力是合力，两弹簧秤的拉力是分力 C．两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O.这样做的目的是保证两次弹簧秤拉力的效果相同 D．若只增大某一只弹簧秤的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧秤拉力的大小即可 ‎(3)如图4所示是张华和李明两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个实验比较符合实验事实？(力F′是用一只弹簧秤拉时的图示)‎ 答： __________________.‎ ‎(4)在以上比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是什么？(至少写出两种情况)‎ 答：_______________ ___ .‎ ‎2、某同学设计了一个探究“物体质量一定时，加速度a与物体所受合力F的关系”的实验．如图(a)为实验装置简图，实验中，小车的合外力F可以用砂和砂桶总重量来代替．若保持小车的质量不变，改变砂和砂桶质量m，分别得到小车加速度a与砂和砂桶质量m数据如下表：(重力加速度g＝10 m/s2)]‎ 次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ 小车的加速度a(ms－2)‎ ‎0.10‎ ‎0.20‎ ‎0.38‎ ‎0.50‎ ‎0.60‎ ‎0.80‎ ‎0.90‎ 砂桶和砂子质量m(g)‎ ‎8.0‎ ‎12.0‎ ‎16.0‎ ‎24.0‎ ‎28.0‎ ‎34.0‎ ‎36.0‎ ‎40.0‎ ‎(1) 如图c所示，该同学在第六次实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T＝0.10 s，其中s1＝5.12 cm，s2＝5.74 cm，s3＝6.41 cm，s4＝7.05 cm，s5＝7.68 cm，s6＝8.33 cm，则数据表中，第六次实验的小车加速度为________m/s2.(计算结果保留两位有效数字)‎ ‎(2) 根据上表数据，为直观反映小车加速度a与小车合外力F的关系，请按照图(b)方格坐标纸中所选择的单位，描点作图．‎ ‎(3) 根据a－F图线，该同学在实验中可能存在的问题是 ‎3、如图所示，是用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验．图甲中a、b分别是光电门的激光发射和接收装置．图乙中在滑块上安装一遮光板，把滑块放在水平气垫导轨上，并通过跨过定滑轮的细绳与钩码相连．测得滑块(含遮光板)质量为M、钩码质量为m、遮光板宽度为d、当地的重力加速度为g.将滑块在图示位置释放后，光电计时器记录下遮光板先后通过两个光电门的时间分别为Δt1、Δt2.‎ ‎(1) 实验中还需要测量的物理量是________(在以后的表达中统一用字母A表示该量)．‎ ‎(2) 本实验中验证机械能守恒的表达式为：(m＋M)()2＝ ‎ ‎　(用题目中给定的字母表示)．‎ ‎(3) 如果气垫导轨稍有倾斜，试讨论测得的系统动能增加量与重力势能减少量的关系