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1、第14講力學實驗與創(chuàng)新,1(2018課標)甲、乙兩同學通過下面的實驗測量人的反應時間。實驗步驟如下： (1)甲用兩個手指輕輕捏住量程為L的木尺上端，讓木尺自然下垂。乙把手放在尺的下端(位置恰好處于L刻度處，但未碰到尺)，準備用手指夾住下落的尺。 (2)甲在不通知乙的情況下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夾住尺子。若夾住尺子的位置刻度為L1，重力加速度大小為g，則乙的反應時間為__________(用L、L1和g表示)。,(3)已知當地的重力加速度大小為g9.80 m/s2，L30.0 cm，L110.4 cm。乙的反應時間為__________s(結果保留2位有效數字)。 (4
2、)寫出一條能提高測量結果準確程度的建議： ______________________________________________。,,2(2018課標)如圖(a)，一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤；一標尺由游標和主尺構成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標刻度線準確對齊的裝置，簡化為圖中的指針。,現要測量圖(a)中彈簧的勁度系數。當托盤內沒有砝碼時，移動游標，使其零刻度線對準指針，此時標尺讀數為1.950 cm；當托盤內放有質量為0.100 kg的砝碼時，移動游標，再次使其零刻度線對準指針，標尺示數如圖(b)所示，其讀數為__________cm。當地的重力加速度大
3、小為9.80 m/s2，此彈簧的勁度系數為__________N/m(保留3位有效數字)。,解析 此游標卡尺的精確度為0.05 mm，讀數整毫米數(主尺)n精確度，所以讀數為37 mm150.05 mm37.75 mm3.775 cm。 當托盤中放入砝碼穩(wěn)定時，彈簧的伸長量x3.775 cm1.950 cm1.825 cm。由平衡條件得Fmg，由胡克定律得Fkx，聯立得k53.7 N/m。 答案 3.775 53.7,3(2018課標)某同學用圖(a)所示的裝置測量木塊與木板之間的動摩擦因數?？邕^光滑定滑輪的細線兩端分別與木塊和彈簧秤相連，滑輪和木塊間的細線保持水平，在木塊上方放置砝碼。緩慢向
4、左拉動水平放置的木板，當木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動時，彈簧秤的示數即木塊受到的滑動摩擦力的大小。某次實驗所得數據在下表中給出，其中f4的值可從圖(b)中彈簧秤的示數讀出。,,回答下列問題： (1)f4__________N； (2)在圖(c)的坐標紙上補齊未畫出的數據點并繪出f-m圖線； (3)f與m、木板質量M、木板與木塊之間的動摩擦因數及重力加速度大小g之間的關系式為f__________，f-m圖線(直線)的斜率的表達式為k__________； (4)取g9.80 m/s2，由繪出的f-m圖線求得__________。(保留2位有效數字),解析 (1)由圖可知彈簧秤的讀數
5、為2.75 N。 (2)畫圖線時應使盡可能多的點落在線上，不在線上的點應均勻分布在線的兩側。 (3)以木塊和砝碼為研究對象，整體水平方向受木板的滑動摩擦力和細線的拉力，f(Mm)g，整理得fmgMg，故f-m圖線的斜率kg。 (4)由圖知k3.9 N/kg，故 0.40。,答案 (1)2.75(2)如圖所示 (3)(Mm)gg(4)0.40,1游標卡尺的讀數,2.螺旋測微器的讀數 測量值固定刻度整毫米數半毫米數可動刻度讀數(含估讀)0.01 mm。 例1(1)如圖甲所示的三把游標卡尺，它們的游標尺從上至下分別為9 mm長10等分、19 mm長20等分、49 mm長50等分，它們的讀數依次
6、為__________ mm、__________ mm、__________ mm。 (2)使用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，示數如圖乙所示，則金屬絲的直徑是__________ mm。,解析 (1)根據游標卡尺的讀數方法，三把游標卡尺的讀數依次為： 17 mm70.1 mm17.7 mm 23 mm170.05 mm23.85 mm 3 mm90.02 mm3.18 mm (2)根據螺旋測微器的讀數規(guī)則，讀數為 2 mm15.00.01 mm2.150 mm。 答案 (1)17.723.853.18(2)2.150,創(chuàng)新預測 1某同學測定一金屬桿的長度和直徑，示數如圖甲、乙所示，則該金屬桿的
7、長度和直徑分別為________cm和________cm。,解析 直尺的最小刻度為0.1 cm，因此讀數應為60.10 cm，游標卡尺是50分度，精確到0.02 mm，因此讀數為4.20 mm。 答案 60.104.20,2在一次實驗中，張華同學用螺旋測微器測某長方體工 件的厚度如圖所示，根據圖示可判斷其厚度為__________mm；該同學用下列某種儀器測得該工件的寬度為1.275 cm，則該同學所用的儀器可能是__________(將答案的序號填在橫線上)。,螺旋測微器10分度游標卡尺 20分度游標卡尺 50分度游標卡尺 解析 螺旋測微器固定刻度部分讀數為1.5 mm，可動刻度部
8、分最小分度值為0.01 mm，可動刻度部分讀數為0.200 mm，故該工件的厚度為1.5 mm0.200 mm1.700 mm。若用某種儀器測出該工件的寬度為1.275 cm12.75 mm，由于以毫米為單位，小數點后有兩位數字，測量儀器不可能是螺旋測微器和10分度的游標卡尺，又由于最后一位是5，只有20分度的游標卡尺最后一位才是0或5，所以應是。 答案 1.700(1.6991.701均可),3某同學利用游標卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度，測量結果如圖(a)和(b)所示。該工件的直徑為__________cm，高度為________mm。,解析 20分度游標卡尺的精度為0.
9、05 mm，主尺讀數為12 mm，游標尺讀數為40.05 mm0.20 mm，游標卡尺的讀數為12.20 mm1.220 cm。 螺旋測微器讀數：固定尺讀數可動尺讀數6.5 mm36.00.01 mm6.860 mm。 答案 1.2206.860(6.8596.861均可),紙帶的三大應用 1由紙帶確定時間 要區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數點之間的區(qū)別與聯系，便于測量和計算，一般每五個點取一個計數點，這樣時間間隔為t0.025 s0.1 s。,2求解瞬時速度 利用做勻變速運動的物體在一段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度。如圖所示，求打某一點的瞬時速度，只需在這一點的前后各取相同時
10、間間隔T的兩段位移sn和sn1，則打n點時的速度vn 。,3用“逐差法”求加速度 如圖所示 因為a1 a2 a3 所以a 。,例2物理小組在一次探究活動中測量滑塊與木板之間的動摩擦因數，實驗裝置如圖。一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端裝有定滑輪；木板上有一滑塊，其一端與電磁打點計時器的紙帶相連，另一端通過跨過定滑輪的細線與托盤連接；打點計時器使用的交流電源的頻率為50 Hz。開始實驗時，在托盤中放入適量砝碼，滑塊開始做勻加速運動，在紙帶上打出一系列小點。,(1)如圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶的一部分：0、1、2、3、4、5、
11、6、7是計數點，每相鄰兩計數點間還有4個打點(圖中未標出)，計數點間的距離如圖所示。根據圖中數據計算的加速度a__________(保留3位有效數字)。,(2)為測量動摩擦因數，下列物理量中還應測量的有________(填入所選物理量前的字母)。,A木板的長度l B木板的質量m1 C滑塊的質量m2 D托盤和砝碼的總質量m3 E滑塊運動的時間t (3)滑塊與木板間的動摩擦因數________(用被測物理量的字母表示，重力加速度為g)，與真實值相比，測量的動摩擦因數________(選填“偏大”或“偏小”)。寫出支持你的看法的一個論據：______________________。,解析 (1)由
12、逐差法公式得 a 0.496 m/s2。 (2)由牛頓第二定律得m3gm2g(m2m3)a，則需要測定滑塊的質量m2和托盤和砝碼的總質量m3，則選C、D。 (3)由(2)中等式可得 ， 因存在紙帶與限位孔之間的阻力等，測量的動摩擦因數偏大。,創(chuàng)新預測 4(2018廣東惠州市第三次調研)在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗時，采用了如圖甲所示的實驗方案。操作如下： (1)平衡摩擦力時，若所有的操作均正確，打出的紙帶如圖乙所示，應__________(填“減小”或“增大”)木板的傾角，反復調節(jié)，直到紙帶上打出的點跡__________為止。 (2)已知小
13、車質量為M，盤和砝碼的總質量為m，要使細線的拉力近似等于盤和砝碼的總重力，應該滿足的條件是 m __________M(填“遠小于”“遠大于”或“等于”)。,(3)圖丙為小車質量一定時，根據實驗數據描繪的小車加速度a的倒數與盤和砝碼的總質量m的倒數之間的實驗關系圖像。若牛頓第二定律成立，則小車的質量M__________kg(g取10 m/s2)。,答案 (1)增大間距相等(2)遠小于(3)0.08,5某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖(a)所示。實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運動過程中，滴水計時器等時間
14、間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置。(已知滴水計時器每30 s內共滴下46個小水滴),,(1)由圖(b)可知，小車在桌面上是________(填“從右向左”或“從左向右”)運動的。 (2)該小組同學根據圖(b)的數據判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖(b)中A點位置時的速度大小為________m/s，加速度大小為________m/s2(結果均保留2位有效數字)。,解析 本題考查研究勻變速直線運動。(1)由于小車獲得速度后在摩擦力作用下減速運動，故相鄰水滴間的距離逐漸減小，結合圖(b)可知小車向左運動。 (2)由題意知，30 s內滴下46滴水，共45個時間間隔，故相
15、鄰兩滴水的時間間隔T s s。由勻變速直線運動中平均速度等于中間時刻的瞬時速度可得vA mm/s0.19 m/s。,由逐差法得小車運動的加速度為a mm/s20.037 m/s2。 答案 (1)從右向左(2)0.190.037,6為了“探究動能改變與合外力做功”的關系，某同學設計了如下實驗方案： 第一步：把帶有定滑輪的木板(有滑輪的)一端墊起，把質量為M的滑塊通過細繩跨過定滑輪與質量為m的重錘相連，重錘后連一穿過打點計時器的紙帶，調整木板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板向下勻速運動，如圖甲所示。,第二步：保持長木板的傾角不變，將打點計時器安裝在長木板靠近滑輪處，取下細繩和重錘，將
16、滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過打點計時器，然后接通電源，釋放滑塊，使之從靜止開始向下加速運動，打出紙帶，如圖乙所示。打出的紙帶如圖丙所示。,請回答下列問題： (1)已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計數點間的時間間隔為t，根據紙帶求滑塊速度，打點計時器打B點時滑塊速度vB________。 (2)已知重錘質量為m，當地的重力加速度為g，要測出某一過程合外力對滑塊做的功還必須測出這一過程滑塊________(寫出物理量名稱及符號，只寫一個物理量)，合外力對滑塊做功的表達式W合________。,(3)算出滑塊運動OA、OB、OC、OD、OE段合外力對滑塊所做的功W以及在A、B、C、D、E各點的速度v
17、，以v2為縱軸、W為橫軸建立坐標系，描點作出v2W圖像，可知該圖像是一條________________，根據圖像還可求得________________。,解析 (1)由打出的紙帶可知B點的速度為v 。 (2)由做功定義式可知還需要知道滑塊下滑的位移，由動能定理可知W合Ek，即mgxEk。 (3)v2W圖像應該為一條過原點的直線。 根據圖像還可以求得滑塊的質量M。,1橡皮條、彈簧的彈力大小與伸長量之間的關系滿足胡克定律，實驗數據處理時一般選用圖像法。 2胡克定律描述的是在彈性限度內，橡皮條(彈簧)的彈力與形變量成正比，如果超出彈性限度，正比關系不再成立。,例3某探究小組做“驗證力的平
18、行四邊形定則”實驗，將畫有坐標軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1 mm)的紙貼在桌面上，如圖(a)所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(位于圖示部分之外)，另一端P位于y軸上的A點時，橡皮筋處于原長。 (1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O。此時拉力F的大小可由測力計讀出。測力計的示數如圖(b)所示，F的大小為________N。,(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A點，現使用兩個測力計同時拉橡皮筋，再次將P端拉至O點。此時觀察到兩個拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向，由測力計的示數讀出兩個拉力的大小分別為F14.2 N和F25.6 N。 ()用5 m
19、m長度的線段表示1 N的力，以O點為作用點，在圖(a)中畫出力F1、F2的圖示，然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合；,()F合的大小為__________N，F合與拉力F的夾角的正切值為__________。 若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內，則該實驗驗證了力的平行四邊形定則。,解析 (1)測力計的分度值為0.2 N，F的大小為4.0 N。 (2)()分別以F1、F2為鄰邊作平行四邊形，并作出對角線，即得F合。 ()表示F合的線段的長度為20.0 mm，F合 1 N4.0 N。 F合與拉力F的夾角的正切值為tan 0.05。 答案 (1)4.0(2)()F1、
20、F2和F合如圖所示 ()4.00.05,創(chuàng)新預測 7將兩根自然長度相同、勁度系數不同、粗細也不同的彈簧套在一起，看作一根新彈簧，設原粗彈簧(記為A)勁度系數為k1，原細彈簧(記為B)勁度系數為k2、套成的新彈簧(記為C)勁度系數為k3。關于k1、k2、k3的大小關系，同學們做出了如下猜想：,甲同學：和電阻并聯相似，可能是 乙同學：和電阻串聯相似，可能是k3k1k2 丙同學：可能是k3,(1)為了驗證猜想，同學們設計了相應的實驗(裝置如圖1)。 (2)簡要實驗步驟如下，請完成相應填空。 a將彈簧A懸掛在鐵架臺上，用刻度尺測量彈簧A的自然長度L0； b在彈簧A的下端掛上鉤碼，記下鉤碼的個數n
21、、每個鉤碼的質量m和當地的重力加速度大小g，并用刻度尺測量彈簧的長度L1；,c由F__________計算彈簧的彈力，由xL1L0計算彈簧的伸長量，由k 計算彈簧的勁度系數； d改變__________，重復實驗步驟b、c，并求出彈簧A的勁度系數的平均值k1； e僅將彈簧分別換為B、C，重復上述操作步驟，求出彈簧B、C的勁度系數的平均值k2、k3。比較k1、k2、k3并得出結論。 (3)圖2是實驗得到的圖線，由此可以判斷__________同學的猜想正確。,答案 (2)nmg鉤碼的個數(3)乙,8某同學為了探究求合力的方法，先用一個彈簧測力計通過細線懸吊一個鉤碼，當鉤碼靜止時，彈簧測力計的示
22、數為2.00 N；再用兩個彈簧測力計a和b通過兩根細線互成角度將該鉤碼懸吊，其中a所拉細線方向水平(如圖甲所示)，當鉤碼靜止時，b的示數如圖乙所示。,(1)b的示數為__________N，a的拉力為__________N。 (2)保持a及其拉的細繩方向不變，將b及其拉的細繩方向沿逆時針在圖示平面緩慢轉至豎直方向的過程中，b的示數__________(選填“變大”“變小”或“不變”)。 解析 (1)由題圖可知彈簧測力計的最小刻度為0.1 N，估讀到下一位0.01 N，則b的拉力為2.50 N；對O點分析受三個力而平衡，根據勾股定理可求得Fa 1.50 N。,(2)以結點O為研究對象，
23、分析受力情況，其受重力G、Fb和Fa，作出受力圖，并作出b所拉細繩在不同位置的力的合成圖。 由圖可以看出，在測力計b沿逆時針方向緩慢轉至豎直位置的過程中，b所拉細繩的拉力一直減小，當兩根繩相垂直時，b所拉細繩的拉力最小，故b的示數變小。 答案 (1)2.501.50(2)變小,用圖像處理數據的四個要求 圖像法是物理實驗中廣泛應用的處理實驗數據的方法，以下為作圖的規(guī)則： (1)作圖一定要用坐標紙，坐標紙的大小要根據有效數字的位數和結果的需要來定；,(2)要標明軸名、單位，在軸上每隔一定的間距按有效數字的位數標明數值； (3)圖上的連線不一定通過所有的數據點，應盡量使數據點合理地分布在線的兩側；
24、 (4)作圖時常通過選取適當的坐標軸使圖線線性化，即“變曲為直”。 雖然圖像法有許多優(yōu)點，但在圖紙上連線時有較大的主觀任意性，另外連線的粗細、圖紙的大小、圖紙本身的均勻程度等，都對結果的準確性有影響。,例4某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關系。使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。,實驗步驟如下： 如圖(a)，將光電門固定在斜面下端附近；將一擋光片安裝在滑塊上，記下擋光片前端相對于斜面的位置，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑； 當滑塊上的擋光片經過光電門時，用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間t； 用s表示擋光片沿運動方向的長度如圖(b)所
25、示， 表示滑塊在擋光片遮住光線的t時間內的平均速度大小，求出 ；,將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與中位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復步驟、； 多次重復步驟； 利用實驗中得到的數據作出 t圖，如圖(c)所示。,完成下列填空： (1)用a表示滑塊下滑的加速度大小，用vA表示擋光片前端到達光電門時滑塊的瞬時速度大小，則 與vA、a和t的關系式為 ________。 (2)由圖(c)可求得，vA______cm/s，a________cm/s2(結果保留3位有效數字)。 解析 本題考查勻變速直線運動中平均速度、瞬時速度和加速度之間的關系。 擋光片通過光電門的平均速度 等于
26、t時間段的中間時刻的速度,由vv0at可知 vAa 即 vA at，由圖像的截距可知vA52.12 cm/s52.1 cm/s 其斜率k a，故物體的加速度a2k16.3 cm/s2,創(chuàng)新預測 9(2018金華一模)關于“用DIS探究牛頓第二定律”的實驗：,(1)如圖甲是本實驗的裝置圖，圖中是位移傳感器的________部分，是位移傳感器的________部分。 本實驗通過__________________來改變對小車的拉力，通過________________來改變小車的質量。 (2)如圖乙為小車質量不變時實驗所得的aF圖像，從圖像上可以看到直線不過原點，其原因是__________
27、________，由圖可知小車的質量約為________ kg。,解析 (1)發(fā)射器固定在小車上，接收器應該固定在軌道上。所以圖中是位移傳感器的發(fā)射器部分，是位移傳感器的接收器部分。本實驗通過控制變量法研究加速度與力、質量的關系，所以通過改變懸掛鉤碼的個數來改變對小車的拉力，通過在小車上加配重片來改變小車的質量。,(2)從圖乙中發(fā)現直線沒過原點，當F0時，a0。即當繩子上有拉力時小車的加速度還為0處于靜止，說明該組同學實驗操作中遺漏了平衡摩擦力這個步驟。所以造成圖中直線不過坐標原點的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。a ，aF圖線的斜率的倒數即物體的質量，所以m 0.77 kg。
28、答案 (1)發(fā)射器接收器改變懸掛鉤碼的個數在小車上加配重片 (2)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足0.77,10(2018福建漳州市聯考)“用DIS研究加速度與力的關系”的實驗裝置如圖(a)所示。實驗中通過增加鉤碼的數量，多次測量，可得小車運動的加速度a和所受拉力F的關系圖像。他們在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條a-F圖線，如圖(b)所示。,(1)圖線____________是在軌道右側抬高成為斜面情況下得到的；(選填“a”或“b”) (2)在軌道水平時小車運動的阻力Ff__________；,(3)圖(b)中，拉力F較大時，a-F圖線明顯彎曲，產生誤差。為消除此誤差可采取的措
29、施是__________。 A調整軌道的傾角，在未掛鉤碼時使小車能在軌道上勻速運動 B在鉤碼與細繩之間接入一力傳感器，用力傳感器讀數代替鉤碼的重力 C更換實驗中使用的鉤碼規(guī)格，采用質量較小的鉤碼進行上述實驗 D在增加鉤碼數量的同時在小車上增加砝碼，使鉤碼的總質量始終遠小于小車的總質量,解析 (1)在水平軌道上，由于受到摩擦力，拉力不為零時，加速度仍然為零，可知圖線a是在軌道水平的情況下得到的。當軌道的右側抬高過高時(平衡摩擦力過度)，拉力等于0時，會出現加速度，所以圖線b是在軌道右側抬高成為斜面情況下得到的。 (2)根據牛頓第二定律得，FFfma，a ，圖線的斜率表示質量的倒數；因為F0
30、.5 N時，加速度為零，解得Ff0.5 N。,(3)隨著鉤碼的數量增大到一定程度時題圖(b)的圖線明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是所掛鉤碼的總質量太大，而我們把鉤碼所受重力作為小車所受的拉力，所以消除此誤差可采取的簡便且有效的措施為測量出小車所受的拉力，即在鉤碼與細繩之間放置一力傳感器，得到力F的數值，再作出小車運動的加速度a和力傳感器讀數F的關系圖像，故選B。 答案 (1)b(2)0.5 N(3)B,11(2018山東德州市模擬)某同學用如圖甲所示的裝置測量滑塊與水平桌面之間的動摩擦因數，實驗過程如下：,(1)用游標卡尺測量出固定于滑塊上的遮光條的寬度d，如圖乙，d__________m
31、m。在桌面上合適位置固定好彈簧和光電門，將光電門與數字計時器(圖中未畫出)連接。 (2)用滑塊把彈簧壓縮列某一位置，測量出滑塊到光電門的距離x。靜止釋放滑塊，測出滑塊上的遮光條通過光電門所用的時間t，則此時滑塊的速度v__________(用題中所給字母表示)。,(3)通過在滑塊上增減砝碼來改變滑塊的質量m，仍用滑塊將彈簧壓縮到(2)中的位置，重復(2)的操作，得出一系列滑塊質量m與它通過光電門時的速度v的值。根據這些數值，作出v2 圖像如圖丙所示。已知當地的重力加速度為g。由圖像可知，滑塊與水平桌面之間的動摩擦因數__________，彈性勢能Ep__________。,解析 (1)由題圖乙所示游標卡尺可知，主尺示數為0.5 cm5 mm，游標尺示數為140.05 mm0.70 mm，則遮光條寬度d5 mm0.70 mm5.70 mm； (2)滑塊的速度為：v (3)根據能量守恒可知：Epmgx mv2，解得：v2 2gx 則有：2gxb，2Epa2gx 聯立解得： ，Ep 。,
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