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- 2021-05-12 发布
倒计时第4天 力 实验
A．主干回顾
B．精要检索
1．实验要点
分类
实验名称
常考要点
探究性实验
研究匀变速直线运动
数据处理方法：(1)公式法：v＝、Δx＝aT2；(2)图象法：vt图象
加速度与物体质量、物体受力的关系
控制变量法的应用、图象的处理以及实验的注意事项
验证性实验
验证机械能守恒定律
用自由落体实验，知道如何从纸带的数据中确定ΔEp和ΔEk
力的平行四边形定则
弹簧测力计的使用注意事项及读数、力的图示、根据平行四边形定则求出合力
2．物理量的测量方法
待测量
测量工具
方法说明
长度
刻度尺
毫米刻度尺精度为1 mm，读数时应估读到0．1 mm
游标卡尺
①读数方法：测量值＝主尺上指示的毫米数＋精度×
游标尺对齐的格数
②精度： mm，10分度的游标卡尺精度为0．1 mm，20分度的游标卡尺精度为0．05 mm，50分度的游标卡尺精度为0．02 mm，游标卡尺不估读
螺旋测微器
①读数方法：测量值＝主尺上指示的毫米数(注意半毫米刻线是否露出)＋精度×转动圆筒上与主尺中心刻线所对应刻度值(注意刻度值要估读)
②精度：螺旋测微器精度为0．01 mm
时间
打点计时器
①t＝nT(n表示打点的时间间隔的个数，T表示打点周期)
②打点周期与所接交流电周期相同
光电计时器
光电计时器能自动记录挡光时间，显示在读数窗口
力
弹簧测力计
力的大小＝精度×指针指示的格数(注意估读)
速度
打点纸带
若纸带做匀变速直线运动，则打某点时的瞬时速度等于对应的平均速度
频闪照相
(利用等时间间隔照片信息记录物体在不同时刻的位置)同上
光电门
①v0＝(d表示滑块上挡光片的宽度，Δt表示挡光片挡光时间)
②由于挡光片的宽度很小，在这里可用平均速度表示其瞬时速度
加速度
打点纸带
(频闪照相)
若纸带做匀变速直线运动，则a＝或a＝
光电门
若纸带做匀变速直线运动，则a＝(v1、v2分别表示通过光电门测得的滑块在t1、t2两个时刻的速度，Δt表示对应的时间间隔)
C．考前热身
1．利用如图1装置可以做力 中的许多实验：(1)以下说法正确的是________．
【导 号：17214233】
图1
A．用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须设法消除小车和滑轨间的摩擦阻力的影响
B．用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须调整滑轮高度使连接小车的细绳与滑轨平行
C．用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，每次改变砝码及砝码盘总质量之后，需要重新平衡摩擦力
D．用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，应使砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量
(2)本装置中要用到打点计时器，如图2所示为实验室常用的两种计时器，其中b装置用的电 要求是________．
a b
图2
A．交流220 V B．直流220 V
C．交流4～6 V D．直流4～6 V
(3)在利用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图3，已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电 上，则此次实验中打点计时器打下A点时小车的瞬时速度为__________m/s．(结果保留两位有效数字)
图3
【解析】 (1)小车与滑轨间存在的摩擦力不会影响小车做匀变速直线运动，
故不需要平衡摩擦力，A项错误；为保持小车所受拉力方向不变，需要调整滑轮高度使连接小车的细绳与滑轨平行，B项正确；平衡摩擦力后，mgsin θ＝μmgcos θ，即tan θ＝μ，即只需要调整好轨道倾角即可，与砝码与砝码盘总质量无关，C项错误；F＝M＝·mg，所以为确保小车所受拉力近似等于砝码盘和盘内砝码总重力，盘及盘内砝码总质量应远小于小车总质量，D项正确．
(2)b为电磁打点计时器，使用4～6 V低压交流电 ，C项正确；a为电火花打点计时器，使用交流220 V电 ．
(3)纸带中A点的瞬时速度等于以它为中间时刻某段位移的平均速度，即vA＝ m/s＝0．53 m/s．
【答案】 (1)BD (2)C (3)0．53(0．51～0．53均对)
2．某实验小组利用图示装置进行“探究动能定理”的实验，实验步骤如下：
图4
A．挂上钩码，调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；
B．打开速度传感器，取下轻绳和钩码，保持A中调节好的长木板倾角不变，让小车从长木板顶端静止下滑，分别记录小车通过速度传感器1和速度传感器2时的速度大小v1和v2；
C．重新挂上细绳和钩码，改变钩码的个数，重复A到B的步骤．
回答下列问题：
(1)按上述方案做实验，长木板表面粗糙对实验结果是否有影响？________(填
“是”或“否”)；
(2)若要验证动能定理的表达式，还需测量的物理量有( )
A．悬挂钩码的总质量m
B．长木板的倾角θ
C．两传感器间的距离l
D．小车的质量M
(3)根据实验所测的物理量，动能定理的表达式为：_____．(重力加速度为g)
【导 号：17214234】
【解析】 (1)小车在重力、斜面弹力、摩擦力、细线拉力作用下处于平衡状态，撤去钩码后小车的合外力等于钩码的重力，所以长木板表面粗糙对实验结果没有影响，(2、3)根据动能定理可知，合外力对小车做的功等于小车动能的变化量，则有：mgl＝Mv－Mv，所以要测量悬挂钩码的总质量m，两传感器间的距离l，小车的质量M．
【答案】 (1)否 (2)ACD (3)mgl＝Mv－Mv
3．用落体法验证机械能守恒定律的实验中，打点计时器的打点频率为50 Hz，重力加速度为9．8 m/s2．
(1)运用公式mv2＝mgh时，对实验条件的要求是重锤由静止出发，为达到此目的，所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近________．
(2)若实验中所用重锤的质量m＝1 kg，打点纸带如图5所示，则打下B点时，重锤的动能Ek＝________J；从开始下落至打下B点，重锤的重力势能的减少量ΔEp＝________J．(结果保留三位有效数字)
图5
(3)由上述实验可得出的结论是____________________________．
【解析】 (1)用公式mv2＝mgh验证机械能守恒定律时，对实验条件的要求是纸带上打下第1点时，重锤的初速度为零，打点计时器的打点频率为50
Hz，打点周期为0．02 s，重锤开始下落后，在第一个打点周期内下落的高度为h＝gT2＝×9．8×(0．02)2 m≈2 mm，所以所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近2 mm．
(2)由题图，利用匀变速直线运动规律，有vB＝＝ m/s＝0．58 m/s，打下B点时重锤的动能EkB＝mv＝0．168 J；从开始下落至打下B点，重锤的重力势能的减少量ΔEp＝mgh＝1×9．8×0．017 6 J＝0．172 J．
(3)由以上数据，可得出的结论是在误差允许的范围内，重锤下落过程中机械能守恒．
【答案】 (1)2 mm (2)0．168 0．172 (3)在误差允许的范围内，重锤的机械能守恒
4．某同 通过下述实验验证力的平行四边形定则．实验步骤：
甲 乙
图6
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6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0．50 N，测出所对应的l，部分数据如表所示：
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＝2．50 N时橡皮筋两端的位置，重新记为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FO B．
完成下列作图和填空：
(1)利用表中数据在给出的坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0＝____cm．
(2)测得OA＝6．00 cm，OB＝7．60 cm，则FOA的大小为________N．
(3)根据给出的标度作出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)根据表格中数据利用描点法作出图象如图甲所示：
甲 乙
由图甲可知，图象与横坐标的交点即为l0，由图可知l0＝10．0 cm；
(2)AB的总长度为6．00＋7．60 cm＝13．60 cm；由图可知，此时两端拉力F＝1．80 N；
(3)根据给出的标度，作出合力如图乙所示；
(4)只要作出的合力与实验得出的合力FOO′大小和方向在误差允许的范围内相等，即可说明平行四边形定则成立．
【答案】 (1)如解析图甲所示 10．0 (2)1．
80 (3)如解析图乙所示 (4)FOO′