学生实验教学设计模板

力学实验综合专题教师

1.某同学用两个弹簧测力计、细线和橡皮条做共点力合成实验，最后画出了如图所示的图．

源学科网ZXXK]来

(1)在图上标出的F1、F2、F和F′四个力中，力______不是由弹簧测力计直接测得的，比较力F与力F′的大小和方向基本相同，这就验证了共点力合成的平行四边形定则．

(2)某同学对此实验的一些说法，其中正确的是(

) A．如果手头只有一个弹簧测力计，改变方法也可以完成实验

B．用两个测力计拉线时，橡皮条应沿两线夹角的角平分线

C．拉橡皮条的线要长一些，用以标记同一细线方向的两点要相距远些

D．拉橡皮条时，细线应沿弹簧测力计的轴线

E．在用一个测力计和同时用两个测力计拉线时，只需这两次橡皮条的伸长量相同就行

答案：(1)F′

(2)ACD

2.如图所示的实验装置可以验证牛顿运动定律，小车上固定一个盒子，盒子内盛有沙子．沙桶的总质量(包括桶以及桶内沙子质量)记为m，小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子质量)记为M.

(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，称量并记录沙桶的总重力mg，将该力视为合外力F，对应的加速度a则从打下的纸带中计算得出．多次改变合外力F的大小，每次都会得到一个相应的加速度．本次实验中，桶内的沙子取自小车中，故系统的总质量不变．以合外力F为横轴，以加速度a为纵轴，画出a－F图象，图象是一条过原点的直线．

①a－F图象斜率的物理意义是________________________．

②你认为把沙桶的总重力mg当作合外力F是否合理？

答：________(选填“合理”或“不合理”)．

③本次实验中，是否应该满足M

≫m这样的条件？

答：________(选填“是”或“否”)；

理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (2)验证在合外力不变的情况下，加速度与质量成反比：保持桶内沙子质量m不变，在盒子内添加或去掉一些沙子，验证加速度与质量的关系．本次实验中，桶内的沙子总质量不变，故系统所受的合外力不变．用图象法处理数据时，以加速度a为纵轴，应该以________的倒数为横轴．

答案：(1)①系统的总质量的倒数(小车、盒子及盒内沙子、悬挂的桶及桶内沙子质量之和的倒数)

②合理

③否

因为实验的研究对象是整个系统，系统受到的合外力就等于mg

(2)M＋m

3.在探究动能定理的实验中，某实验小组组装了一套如图甲所示的装置，拉力传感器固定在小车上，一端与细绳相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．穿过打点计时器的纸带与小车尾部相连接，打点计时器打点周期为T，实验的部分步骤如下：

甲

(1)平衡小车所受的阻力：不挂钩码，调整木板右端的高度，用手轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列________的点．

(2)测量小车和拉力传感器的总质量M，按图组装好仪器，并连接好所需电路，将小车停在打点计时器附近，先接通拉力传感器和打点计时器的电源，然后________，打出一条纸带，关闭电源．

(3)在打出的纸带中选择一条比较理想的纸带如图乙所示，在纸带上按打点先后顺序依次取O、A、B、C、D、E等多个计数点，各个计数点到O点间的距离分别用hA、hB、hC、hD、hE、……表示，则小车和拉力传感器在计时器打下D点时的动能表达式为____________，若拉力传感器的读数为F，计时器打下A点到打下D点过程中，细绳拉力对小车所做功的表达式为__________．

(4)某同学以A点为起始点，以A点到各个计数点动能的增量ΔEk为纵坐标，以A点到各个计数点拉力对小车所做的功W为横坐标，得到一条过原点的倾角为45°的直线，由此可以得到的结论是________________________．

M（hE－hC）2答案：(1)间距相等

(2)释放小车

(3)

8T2F(hD－hA)

(4)外力所做的功等于物体动能的变化量

4．在验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m＝1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示．O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的连续点中的三个点．已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，当地的重力加速度为g＝9.80 m/s2，那么：

(1)根据图上所得的数据，应取图中O点到________点来验证机械能守恒定律较为简便；

(2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔEp＝________J，动能增加量ΔEk＝________J；(结果取三位有效数字) (3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及重物下落的高v2度h，则以2为纵轴、以h为横轴画出的图象是下图中的________．

来源学&科&网来源:Zxxk.Com]

答案：(1)B

(2)1.88

1.84

(3)A 5．某同学利用光电门传感器设计了一个研究小物体自由下落时机械能是否守恒的实验,实验装置如图所示，图中A、B两位置分别固定了两个光电门传感器．实验时测得小物体上宽度为d的挡光

片通过A的挡光时间为t1，通过B的挡光时间为t2，重力加速度为g.为了证明小物体通过A、B时的机械能相等，还需要进行一些实验测量和列式证明．

(1)下列必要的实验测量步骤是________．

A．用天平测出运动小物体的质量m

B．测出A、B两传感器之间的竖直距离h

C．测出小物体释放时离桌面的高度H

D．用秒表测出运动小物体由传感器A到传感器B所用时间Δt

(2)若该同学用d和t1、t2的比值分别来反映小物体经过A、B光电门时的速度,并设想如果能满足_______关系式,即能证明在自由落体过程中小物体的

机械能是守恒的．

d2d2答案

(1)B

(2)t－t＝2gh

216．如图甲是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点，加速度大小用a表示．

(1)OD间的距离为________cm.

(2)图乙是根据实验数据绘出的x-t2图线(x为各计数点至同一起点的距离)，斜率表示______________，加速度大小为________m/s2(保留三位有效数字)．

解析

由图甲D点对应的数值可以读出OD之间的距离为1.20 cm.物体做匀

变速直

1线运动，位移和时间之间的关系为x＝v0t＋2at2，可见在x-t2图象中的

的一半，可得加速度为0.933 m/s2.

a答案

(1)1.20

(2)加速度的一半(或2)

0.933 斜率表示加速度7．在“探究加速度与质量的关系”的实验中

(1)备有器材：A.长木板；B.电磁打点计时器、低压交流电源、纸带；C.细绳、小车、砝码;D.装有细砂的小桶；E.薄木板；F.毫米刻度尺．还缺少的一件器材是______________．

(2)实验得到如图(a)所示的一条纸带,相邻两计数点的时间间隔为T；B、C间距s2和D、E间距s4已量出，利用这两段间距计算小车加速度的表达式为

__________．

1(3)同学甲根据实验数据画出如图(b)所示am图线，从图线可得砂和砂桶的总质量为

______kg；(g取10 m/s2)

(4)同学乙根据实验数据画出了图(c)，从图线可知乙同学操作过程中可能_____________．

s4－s2答案

(1)天平

(2)a＝2T2

(3)0.02(0.018～0.022均正确)

(4)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够

8．某兴趣小组的同学看见一本物理书上说“在弹性限度内，劲度系数为k的弹簧，形变量为

1x时弹性势能为Ep＝2kx2”，为了验证该结论就尝试用“研究加速度与合外力、质量关系”的实验装置(如图甲)设计了以下步骤进行实验．

实验步骤：

A．水平桌面上放一长木板，其左端固定一弹簧，通过细绳与小车左端相连，小车的右端连接打点计时器的纸带；

B．将弹簧拉伸x后用插销锁定，测出其伸长量x；

C．打开打点计时器的电源开关后,拔掉插销解除锁定，小车在弹簧作用下运动到左端；

D．选择纸带上某处的A点测出其速度v；

E．取不同的x重复以上步骤多次，记录数据并利用功能关系分析结论．

实验中已知小车的质量为m，弹簧的劲度系数为k，则：

(1)长木板右端垫一小物块，其作用是_______________________________ _________________________________________；

(2)如图乙中纸带上A点位置应在________(填s1、s2、s3)的段中取；

1(3)若Ep＝2kx2成立，则实验中测量出物理量x与m、k、v关系式是x＝________．

mkv

9．图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图．实验步骤如下：

答案

(1)平衡摩擦力

(2)s2

(3)

①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m；用游标卡尺测量遮光片的宽度d；用米尺测量两光电门之间的距离s；

②调整轻滑轮，使细线水平；

③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光

电门B所用的时间ΔtA和ΔtB，求出加速度a；

－④多次重复步骤③，求a的平均值a；

⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ. 回答下列问题：

(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图(b)所示，其读数为________cm.

(2)物块的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示为a＝________. －(3)动摩擦因数μ可用M、m、a和重力加速度g表示为μ＝_____. (4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于________(填“偶然误差”或“系统误差”)．

1dd答案

(1)0.960

(2)2sΔt2－Δt2

BA－mg－M＋ma(3)

(4)系统误差

Mg来源:Zxxk.Com]解析

(1)游标卡尺读数为9 mm＋12×0.05 mm＝9.60 mm＝0.960 cm d2－d2ddΔtBΔtA2(2)由v2，v，联立a＝

B－vA＝2as，vA＝B＝ΔtAΔtB2s－(3)设细线的张力为T，对M有T－μMg＝Ma

－对m有mg－T＝ma

－mg－M＋ma联立两式得μ＝

Mg(4)细线没有调整到水平，造成张力T不水平，若此时以T水平来分析计算，会造成测量值总是偏大或偏小，这种由于实验操作造成的误差，属于系统误差．

10．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动．

(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度b，结果如图乙所示，由此读出b＝________mm. (2)滑块通过B点的瞬时速度可表示为________．

(3)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的

系统动能增加量可表示为ΔEk＝________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp则可认为系统的机械能守恒．

(4)在上次实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2－d图像如图丙所示，并测得M＝m，则重力加速度g＝________ m/s2. b答案

(1)3.85 mm

(2)t

m＋Mb2M(3)、(m－22t2)gd

(4)9.6 解析

(1)宽度b的读数为：3 mm＋17×0.05 mm＝3.85 mm；

(2)由于光电门的宽度b很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．

b滑块通过光电门B速度为：vB＝t；