物理0123力学实验专题

力学实验专题第一天例1：图1是“研究平抛物体运动”的实验装置图，通过描点画出平抛小球的运动轨迹。（1）以下是实验过程中的一些做法，其中合理的有。a．安装斜槽轨道，使其末端保持水平b．每次小球释放的初始位置可以任意选择c．每次小球应从同一高度由静止释放d．为描出小球的运动轨迹，描绘的点可以用折线连接（2）实验得到平抛小球的运动轨迹，在轨迹上取一些点，以平抛起点O为坐标原点，测量它们的水平坐标x和竖直坐标y，图2中y-x2图象能说明平抛小球运动轨迹为抛物线的是。（3）图3是某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹，O为平抛的起点，在轨迹上任取三点A、B、C，测得A、B两点竖直坐标y1为5.0cm、y2为45.0cm，A、B两点水平间距Δx为40.0cm。则平抛小球的初速度v0为m/s，若C点的竖直坐标y3为60.0cm，则小球在C点的速度vC为m/s(结果保留两位有效数字，g取10m/s2)。答案与解析：（1）ac（2）c（3）2.04.0（1）“研究平抛物体运动”的实验斜槽轨道末端保持水平为了保证水平初速度。从同一高度由静止释放为了保证每次使用水平初速度相同。a、c正确。（2）平抛物体运动规律：得：，y-x2图象是一条倾斜直线。c正确。（3）由于，则t1=0.1s、t2=0.3s，所以平抛小球的初速度。而，故C点的速度。2012xvtgt，ｙ2202gyxv2122yygttg得0212.0/xvmstt3223/Cyvgyms2204.0/CCyvvvms图2x2yOx2yOx2yOx2yOabcd图1Ay1xyOBCΔxy2y3图3第二天例2：现用频闪照相方法来研究物块的变速运动。在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示。拍摄时频闪频率是10Hz；通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4。已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s。数据如下表所示。重力加速度大小g＝9.80m/s2。:根据表中数据，完成下列填空：⑴物块的加速度a＝m/s2(保留3位有效数字)。⑵因为，可知斜面是粗糙的。答案与解析：（1）4.30（2）物块加速度小于gh/s＝5.88m/s2(或：物块加速度小于物块沿光滑斜面下滑的加速度)（1）根据逐差法可求得物块的加速度为：234122()()4.30/0.2xxxxams；若斜面是光滑的，小物块下滑的加速度应该为：2'5.88/ghamss，由于物块加速度小于物块沿光滑斜面下滑的加速度，所以说明斜面是粗糙的。例3：为了验证平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动，用如图所示的装置进行实验。小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开，自由下落。关于该实验，下列说法中正确的有A．两球的质量应相等B．两球应同时落地C．应改变装置的高度,多次实验D．实验也能说明A球在水平方向上做匀速直线运动答案与解析：BC平抛运动竖直方向的分运动为自由落体运动，故两球同时落体，B项正确，为了减小实验的误差，可以多次实验提高实验的准确性，C项正确；球体的质量对小球的运动没有影响，A项错误；水平方向分运动无法确定，D项错误。第三天例4：某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系，○1如图23（a），将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k=N/m，（g取9.8m/s2）砝码质量（g）50100150弹簧长度（cm）8.627.636.66○2取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图23（b）所示；调整导轨，使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小。○3用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为。○4重复○3中的操作，得到v与x的关系如图23（c），由图可知，v与x成关系，由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的成正比。答案与解析：①50N/m②相等③动能④正比，压缩量的平方托盘砝码光电门滑块0.3x/m0123450.10.20.40.5v/m/s0.6(A)(B)(C)图23①根据11mg=kxF，222mg=kxF，有2121=kxkxFFF，则k=49.5/mN，同理求得k=50.5/mN，则劲度系数k+kk==50/m2N，②使滑块通过两个光电门时的速度相等，就可以认为滑块离开弹簧后做匀速直线运动③弹性势能转化为滑块的动能④图线是过原点的直线，所以成正比，弹性势能转化为动能，即21=mv2E弹，弹性势能与速度平方成正比，则弹性势能与压缩量的平方成正比第四天例5：小明通过实验验证力的平行四边形定则。(1)实验记录纸如题11-1图所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点，一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为：F1=3.30N、F2=3.85N和F3=4.25N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。(2)仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。实验装置如题11-2图所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O点，下端N挂一重物。用与白纸平行的水平力缓慢地移动N，在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程，再次记录下N的轨迹。两次实验记录的轨迹如题11-3图所示。过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点,则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为。(3)根据(2)中的实验，可以得出的实验结果有哪些?(填写选项前的字母)A．橡皮筋的长度与受到的拉力成正比B．两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长C．两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大D．两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大(4)根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项。答案与解析：（1）见下图，F合＝4.6~4.9都算对；（2）Fa＝Fb（3）BD（4）橡皮筋不宜过长；选用新橡皮筋。（或拉力不宜过大；选用弹性好的橡皮筋；换用弹性好的弹簧。）根据标度值，连接OP1和OP2，以及OP3，根据实验记录的拉力的大小画出相应的力的图示，根据平行四边形的画法，画出两个分力的合力，见下图：（2）根据力的合成与分解可知橡皮筋的端点N受到的三个力的作用，其中重力的大小方向均不变，另一个水平拉力一直沿水平方向，可知橡皮筋上的弹力为22abFFGF水平；（3）有实验想象可以看出，两次橡皮筋受到的拉力相同，但是橡皮筋的长度不同，第2次的长度较长些；拉力越大，橡皮筋的形变量越大，两次的长度之差越大。BD项正确。（4）为了使实验误差较小，选用的橡皮筋不宜过长；考虑到橡皮筋形变的恢复情况，应尽量选用新橡皮筋。（或拉力不宜过大；选用弹性好的橡皮筋；换用弹性好的弹簧。（2014年江苏卷）第五天例6：某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图.如图(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题：(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成（填“线性”或“非线性”关系。(2)由图(b)可知，a-m图线不经过原点，可能的原因是存在。(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实脸中应采取的改进措施是，钩码的质量应满足的条件是。答案与提示：（1）非线性（2）存在摩擦力（3）调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力；远小于小车的质量。