学生实验优秀教案范文

专题八

物理实验

第1讲

力学实验与创新

1.(2017·辽宁营口模拟)某同学利用如图(丙)所示的装置来验证力的平行四边形定则.在竖直木板上铺有白纸,在A,B两点固定两个光滑定滑轮,用一个轻绳跨过两滑轮悬挂钩码组N1,N2,用另一轻绳C在O点打一结,悬挂钩码组N3,每个钩码的质量相等.当系统达到平衡时,记录各组钩码个数.回答下列问题:

(1)改变钩码个数,可以完成实验的是

.

A.钩码的个数N1=2,N2=2,N3=4 B.钩码的个数N1=3,N2=3,N3=4 C.钩码的个数N1=4,N2=4,N3=4 D.钩码的个数N1=3,N2=4,N3=6 (2)在拆下钩码和绳子前,必须的一个步骤是

.

A.记录OA,OB,OC三段绳子的方向

B.用刻度尺测出OA,OB,OC三段绳子的长度

C.用天平测出钩码的质量

(3)在操作正确的前提下,你认为(甲)、(乙)两图比较合理的是

图.[填“(甲)”或“(乙)”]

解析:(1)对O点受力分析,线段OA,OB,OC分别表示三个力的大小,由于三个共点力平衡,因此三个力的大小构成一个三角形.2,2,4不可以构成三角形,故A错误;3,3,4可以构成三角形,故B正确;4,4,4可以构成三角形,故C正确;3,4,6可以构成三角形,故D正确.

(2)为验证平行四边形定则,必须作力的图示,所以先明确受力点,即标记结点O的位置,其次要作出力的方向并读出力的大小,最后作出力的图示,因此要做好记录,要记录砝码的个数和记录OA,OB,OC三段绳子的方向,故A正确,B,C错误. (3)以O点为研究对象,F3的实际作用效果在OC这条线上,由于误差的存在,根据平行四边形定则求出的F1,F2合力的理论值要与实际值有一定偏差,故(甲)图符合实际,(乙)图不符合实际. 答案:(1)BCD (2)A (3)(甲) 2.(2017·北京东城区模拟)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中,小明同学用甲、乙两根规格不同的弹簧进行实验,由实验得到弹簧伸长量x与弹簧受到的拉力F的关系如图(a)所示,由图求得弹簧乙的劲度系数为

N/m.若要在两根弹簧中选用一根来制作精确程度较高的弹簧测力计,应选弹簧

;用制作好的弹簧测力计来测量物体的重力,如图(b)所示,物体重

N.

解析:由弹簧伸长量x与弹簧受到的拉力F的关系图像可求得弹簧乙的劲度系数k=200 N/m;要制作精确程度较高的弹簧测力计,应选在同样力作用下弹簧伸长量大的甲弹簧.图(b)所示的物体重4.00 N. 答案:200 甲

4.00 3.一小球在桌面上从静止开始做加速运动,现用高速摄影机在同一底片上多次曝光,记录下小球每次曝光的位置,并将小球的位置编号.如图(甲)所示,1位置恰为小球刚开始运动的瞬间,作为零时刻。摄影机连续两次曝光的时间间隔均为0.5 s,小球从1位置到6位置的运动过程中经过各位置的速度分别为v1=0,v2=0.06 m/s,v3=

m/s, v4=0.18 m/s,v5=

m/s.在如图(乙)所示坐标系中作出小球的速度—时间图像(保留描点痕迹).

解析:如题图(甲)所示,x2+x3=0.12 m,则v3=m/s,又x4+x5=0.24 m,则v5=像如图

所示. == m/s=0.12 m/s=0.24 m/s.其中v-t图

答案:0.12 0.24 图见解析

4.某同学利用倾斜气垫导轨做“验证机械能守恒定律”的实验,实验装置如图(甲)所示.其主要实验步骤如下:

a.用游标卡尺测量挡光条的宽度l,结果如图(乙)所示; b.读出导轨标尺的总长L0,并用直尺测出导轨标尺在竖直方向的高

度H0; c.读出滑块释放处挡光条与光电门中心之间的距离s; d.由静止释放滑块,从数字计时器(图(甲)中未画出)上读出挡光条通过光电门所用的时间t. 回答下列问题:

(1)由图(乙)读出l=

mm.

(2)

(选填“有”或“没有”)必要用天平称出滑块和挡光条的总质量M.

(3)多次改变光电门位置,即改变距离s,重复上述实验,作出随s的变化图像,如图(丙)所示,当已知质量t0,s0,l,L0,H0和当地重力加速度g满足表达式恒.

=

时,可判断滑块下滑过程中机械能守解析:(1)游标尺上共有20小格,精度为0.05 mm,用游标卡尺测量挡光条的宽度l=(8+0.05×4)mm=8.20 mm.(2)欲验证机械能守恒定律,即Mgssin θ=M()2,θ为气垫导轨与水平面间的夹角,只需验证gssin θ=()2,可见没有必要测量滑块和挡光条的总质量M.(3)由几何知识得sin θ=,当s=s0,t=t0时有答案:(1)8.20 (2)没有

(3)s0

=s0. 5.(2017·江西上饶二模)气垫导轨是研究与运动有关的实验装置,也可以用来研究功能关系.如图(甲)所示,在气垫导轨的左端固定一轻质弹簧,轨道上有一滑块A紧靠弹簧但不连接,滑块的质量为m.

(1)用游标卡尺测出滑块A上的挡光片的宽度,读数如图(乙)所示,则宽度d=

cm;

(2)利用该装置研究弹簧对滑块做功的大小;某同学打开气源,调节装置,使滑块可以静止悬浮在导轨上,然后用力将滑块A压紧到P点,释放后,滑块A上的挡光片通过光电门的时间为Δt,则弹簧对滑块所做的功为

.(用题中所给字母表示)

(3)利用该装置测量滑块与导轨间的动摩擦因数;关闭气源,仍将滑块A由P点释放,当光电门到P点的距离为x时,测出滑块A上的挡光片通过光电门的时间为t,移动光电门,测出多组数据(滑块都能通过光电门),并绘出x-图像.如图(丙)所示,已知该图线斜率的绝对值为k,则滑块与导轨间的滑动摩擦因数为

.

解析:(1)主尺读数为9 mm;游标卡尺分度为0.05 mm,第12个刻度对齐,游标卡尺读数为0.05×12 mm=0.60 mm,故宽度为d=9 mm+0.60 mm=9.60 mm=0.960 cm. (2)滑块通过光电门已经是匀速运动了,速度为v=,此时滑块动能全部由弹簧弹性势能转化而来,故弹簧做功为W=mv2=m()2;(3)每次

都由P释放,则每次弹簧弹性势能都相同,由能量转化和守恒可得,m()2+μmgx1=m()2+μmgx2解得,μ=-(),又=-,则动摩擦因数为μ=答案:(1)0.960 (2)m()2

(3).

6.(2017·江苏徐州模拟)(1)某同学想利用图(甲)所示装置,验证滑块与钩码组成的系统机械能守恒,该同学认为只要将摩擦力平衡掉就可以了.你认为该同学的想法

(选填“正确”或“不正确”)

(2)另一同学用一倾斜的固定气垫导轨来验证机械能守恒定律.如图(乙)所示,质量为m1的滑块(带遮光条)放在A处,由跨过轻质定滑轮的细绳与质量为m2的钩码相连,导轨B处有一光电门,用L表示遮光条的宽度,x表示A,B两点间的距离,θ表示气垫导轨的倾角,g表示当地重力加速度. ①气泵正常工作后,将滑块由A点静止释放,运动至B,测出遮光条经过光电门的时间t,该过程滑块与钩码组成的系统重力势能的减小量

表示为

,动能的增加量表示为

.若系统机械能守恒,则与x的关系式为=

(用题中已知量表示).

②实验时测得m1=475 g,m2=55 g,遮光条宽度L=4 mm,sin θ=0.1,改变光电门的位置,滑块每次均从A点释放,测量相应的x与t的值,以为纵轴,x为横轴,作出的图像如图(丙)所示,则根据图像可求得重力加速度g0为

m/s2(计算结果保留2位有效数字),若g0与当地重力加速度g近似相等,则可验证系统机械能守恒.

解析:(1)机械能守恒的条件只有重力或弹力做功,平衡摩擦力时,是用重力的分力等于摩擦力,但此时系统受到摩擦力,故摩擦力对系统做功,机械能不守恒;故该同学的想法不正确; (2)①滑块由A到B的过程中,系统重力势能的减小量为

ΔEp=m2gx-m1gxsin θ, 经过光电门时的速度为

v=,则动能的增加量为

ΔEk=(m1+m2)v2=(m1+m2)()2; 若系统机械能守恒,则有

ΔEp=ΔEk,联立解得, =;

②由上述公式可得,图像中的斜率k=数据解得,g≈9.4 m/s2; 答案:(1)不正确

(2)①Ep=m2gx-m1gxsin θ

=,代入Ek=(m1+m2)()2

②9.4 7.(2017·山东潍坊二模)一圆盘边缘缠有足够长的细线,细线下端拴有重锤,释放重锤,圆盘绕固定轴在竖直平面内转动.用频闪仪拍下重锤从A到D竖直下落的频闪照片,如图所示.已知频闪仪每隔0.04 s闪光一次,图中x1=16.63 cm,x2=17.92 cm,x3=19.20 cm,x1,x2,x3为实际下落的数值.

(1)判断重锤由A运动到D是不是匀加速运动的依据是

;

(2)重锤运动到C点的速度为

m/s,若要得到此时圆盘的角速度,还应测量的物理量是

.

解析:(1)已知频闪仪每隔0.04 s闪光一次,且x1=16.63 cm,x2=17.92 cm,x3=19.20 cm, 则有Δx1=x2-x1=17.92 cm-16.63 cm=1.29 cm;而Δx2=x3-x2=19.20 cm-17.92 cm=1.28 cm;

那么在误差允许范围内,x2-x1与x3-x2是相等的,因此重锤由A运动到D是不是匀加速运动的依据是在误差允许范围内,x2-x1与x3-x2是否

相等; (2)根据中时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度,则有vC==×10-2 m/s=4.64 m/s.若要得到此时圆盘的角速度,依据角速度与半径的关系式ω=,还应测量的物理量是圆盘的半径. 答案:(1)在误差允许范围内,x2-x1与x3-x2是否相等

(2)4.64 圆盘的半径

8.(2017·黑龙江哈尔滨三模)某同学设计了一个用打点计时器做“验证动量守恒定律”的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速运动,然后与原来静止的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速运动.他设计的具体装置如图(甲)所示,在小车后连接着纸带,电磁打点计时器使用的电源频率为50 Hz,长木板垫着小木片以平衡摩擦力. (1)若已得到打点纸带如图(乙)所示,并测得各计数点间距(标在图上).A为运动起点,则应该选择

段来计算A碰前的速度v0,应选择

段来计算A和B碰后的共同速度v.(以上空格选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)

(2)已测得小车A的质量m1=0.40 kg,小车B的质量m2=0.20 kg,由以上测量结果可得碰前m1v0=

kg· m/s,碰后(m1+m2)v=

kg· m/s,由此得出结论:

.(计算结果保留三位有效数字)

解析:(1)A与B碰后粘在一起,速度减小,相等时间内的间隔减小,可知通过BC段来计算A的碰前速度,通过DE段计算A和B碰后的共同速度. (2)A碰前的速度v0=碰前的总动量为

p1=m1v0=0.4×1.05 kg·m/s=0.420 kg· m/s; 碰后共同速度v= m/s=0.695 m/s. m/s=1.05 m/s, 碰后的总动量p2=(m1+m2)v=0.6×0.695 kg·m/s=0.417 kg·m/s,由此可知在误差允许范围内,AB碰撞过程中系统的动量守恒. 答案:(1)BC DE (2)0.420 0.417 AB碰撞过程中

系统的动量

守恒