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简答题

一位同学在“用单摆测重力加速度”的实验中,用10分度的游标卡尺测量了小球直径d,示数如图所示,则小球直径d=____________mm。若用L表示摆线长,T表示周期,那么重力加速度的表达式为g=____________。

正确答案

16.4mm   

试题分析:测直径用的是游标卡尺,游标卡尺读数为主尺读数+游标尺读数,主尺读数读到游标尺0刻度线左侧mm的整数部分即16mm,游标尺找出与主尺对齐的刻度线是第几条,读图得出第4条对齐,再乘以精确度即0.1mm,最终结果为16mm+4*0.1mm=16.4mm,注意游标卡尺不需要估读。单摆的周期公式,注意摆长为摆线长加摆球半径,得出

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简答题

某同学用如图所示装置做“研究平抛运动的规律”的实验,

(1)有下列实验步骤:

①用图钉把白纸订在竖直木板上;

②把斜槽固定在紧靠木板的左上角,且使其末端切线水平;

③记下小球飞出时初始位置O,并凭眼观测过O画水平线作为x轴;

④把水平木条靠在竖直木板上,让小球从斜槽适当的位置由静止滚下,观察小球在木条上的落点,并在白纸上标出相应的点,得到小球运动过程中的一个位置;

⑤把水平木条向下移动,重复④的操作,让小球从斜槽上相同位置由静止滚下,得到小球运动过程中的多个位置;

⑥从木板上取下白纸:

上述①到⑥的步骤中,有错误的是步骤_______________,

应改为________________________________________________。

(2)根据画出的轨迹测出小球多个位置的坐标(x,y),画出图像如图所示,图线是一条过原点的直线,说明小球运动的轨迹形状是_______;设该直线的斜率为,重力加速度为,则小铁块从轨道末端飞出的速度_______。

正确答案

(1)③ 过O点做重锤线的垂线为x轴 (2)抛物线   

试题分析:(1)本题中第③有错误,不能凭眼观测过O画水平线作为x轴,眼睛看不准确,要过O点做重锤线的垂线为x轴才是准确的。 

(2)由图可知,y和成正比,满足,所以小球运动的轨迹形状是抛物线

水平方向:  ①

竖直方向: ②

由①②可得: 又知

所以

点评:平抛运动一般要分解成水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动来研究。

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在“验证机械能守恒定律”实验中,

I. 第一组同学用打点计时器按照图示装置进行实验,则

(1)对于自由下落的重物,下述选择的条件哪种更为有利?( )

A. 只要足够重就可以。

B. 只要体积足够小就可以。

C. 既要足够重,又要体积非常小。

D. 因为不需要知道动能和势能的具体数值,不需要测量重物的质量,所以对重物可任意选择。

(2)已知打点计时器所用电源的频率为50Hz。查得当地的重力加速度g=9.80m/s2,测得所用的重物的质量为1.00kg。实验中得到一条点迹清晰的纸带,如图所示,把第一个点记作O,在纸带上另取连续4个点A、B、C、D作为测量的点,经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。根据以上数据,可知重物由O点运动到C点,重力势能减少量等于   J,动能的增加量等于   J。(取3位有效数字)

II. 第二组同学利用下图所示的实验装置,验证钩码和滑块所组成的系统从由静止释放到通过光电门这一过程机械能守恒。实验开始时,气轨已经调成水平状态。

(1)已知遮光条的宽度为d,实验时将滑块从图示位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间为t,则滑块经过光电门时的速度为                 

(2)在本次实验中还需要测量的物理量有(文字说明并用相应的字母表示):钩码的质量m、          

3)本实验通过比较      (用测量的物理量符号表示)在实验误差允许的范围内是否相等,从而验证系统的机械能是否守恒。

正确答案

Ⅰ. (1)C   (2)7.62  7.56

Ⅱ. (1)d/t   (2)滑块的质量M 释放时挡光片到光电门的距离L

(3)  mgL

Ⅰ. (1)小球的质量越大,体积越小所受空气阻力越小,C对;(2)重力势能减小量mgh,C点速度可根据BD平均速度去求Ⅱ. (1)滑块经过光电门时可看作匀速,速度为d/t (2)根据机械能守恒关系式可知需要测量的物理量为滑块的质量M 释放时挡光片到光电门的距离L(3)略

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小明同学设计了一个测物体瞬时速度的实验,其装置如下图所示。在小车上固定挡光片,使挡光片的前端与车头齐平、将光电门传感器固定在轨道侧面,垫高轨道的一端。小明同学将小车从该端同一位置由静止释放,获得了如下几组实验数据。

 

则以下表述正确的是

①四个挡光片中,挡光片I的宽度最小

②四个挡光片中,挡光片Ⅳ的宽度最小

③四次实验中,第一次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度

④四次实验中,第四次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度

A.①③    B.②③     C.①④    D.②④

正确答案

D

试题分析:由知,因Ⅳ的时间最小,所以挡光片Ⅳ的宽度最小,由知,时间t越小,其速度越接近瞬时速度,所以是第四次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度,D对,ABC错。

点评:本题学生知道小车是从同一位置释放,所以小车前端到达传感器的速度是相同的。

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某同学用如图甲所示装置探究“弹力和弹簧伸长的关系”,弹簧的上端与标尺的零刻度对齐,他先读出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,然后在弹簧下端挂上钩码,并逐个增加钩码,依次读出指针所指的标尺刻度x(弹簧始终未超过弹性限度),根据所测数据,在图乙所示的坐标纸上作出了弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线,则图线与x轴交点的纵坐标值的物理意义是                      ;该弹簧的劲度系数k=                  N/m(g取10m/s2,保留三位有效数字)

正确答案

弹簧的自然长度(原长)为6cm    26.0

试题分析:图线与x轴交点的纵坐标值为,不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,即弹簧的自然长度为6cm。

图线斜率为弹簧的劲度系数,由图可得该弹簧的劲度系数为

点评:注意纵轴截距的物理意义,计算弹簧劲度系数时用图线的斜率。

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(10分)某实验小组通过研究发现,采用如右图所示装置可以得到小车和小盘的质量,步骤如下:

(1)取一盒总质量为m0=0.2kg的砝码放置在小车上,不挂小盘,调节斜木板的倾角,使小车能匀速滑下;

(2)挂上小盘,使小车无初速滑下,用打点计时器打出纸带,并根据纸带计算加速度;

(3)从小车上取质量为mx的砝码放到小盘中,重复步骤(2),测出对应的加速度;

(4)改变mx的大小,重复步骤(3),得到mx及a的数据,作出a—mx的图线;

步骤(1)中调节木板的倾角使小车能匀速下滑的目的是______________________________.

通过实验判断小车做匀速运动的依据是__________________________________.

该实验中是否应该满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝码的质量?___________(选填“是”或“否”)

若求得图线的斜率k=25m/(kg·s2),截距b=0.5m/s2,g取10m/s2,则可知小盘的质量m1=________________kg,小车的质量m2=_______________kg.

正确答案

平衡摩擦力   打点计时器打出的纸带点迹分布均匀  否  m1=0.02kg   m2="0.18kg" (每空2分)

试题分析:为使小车受到的合外力等于绳子的拉力,应平衡摩擦力,不挂小盘,调节斜木板的倾角,使小车能匀速滑下,是为了平衡摩擦力;打点计时器的打点时间间隔相等,若打点计时器打出的纸带点迹分布均匀,说明小车做匀速运动;从小车上取质量为mx的砝码放到小盘中,小盘、小车、砝码的总质量是保持不变的,故不需要满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝码的质量;,图线的斜率k=25m/(kg·s2),截距b=0.5m/s2,斜率,联立解得:m1=0.02kg   m2=0.18kg

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(8分)“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。

(1)图乙中的     是力F1和F2的合力的理论值;        是力F1和F2的合力的实际测量值。(选填 “F ”或“”)。

(2)在实验中,如果将细绳也换成橡皮筋,那么实验结果是否会发生变化?答:    (选填 “变”或“不变”)。

(3)本实验采用的科学方法是        

正确答案

(1)F;;(2)不变;(3)B。

试题分析:(1)力F1和F2的合力的理论值就是利用平行四边形方法画出的对角线的长,即为F;那么F′就是合力的实际测量值;

(2)如果将细绳也换成橡皮筋,则细绳上的力会使橡皮筋伸长,但对于橡皮筋AO受到的力却是不变的,故实验结果不会发生变化;

(3)本实验是将二个力的效果与一个力的效果相同做对比而得出的合力概念,故采用的是等效替代的方法,B是正确的。

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在探究加速度与力、质量的关系中,采用如图所示的实验装置,小车及车中的砝码的质量用M表示,盘及盘中砝码的质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸带有打点计时器打上的点计算出.

  

(1)当M与m的质量满足       时,才可以认为绳对小车的拉力近似等于盘中砝码的重力.

(2)一组同学在做加速度与质量关系的实验时,保持盘及盘中砝码的质量一定,改变小车及车中砝码的质量,测出相应的加速度,采用图像法处理数据.为了比较容易确定加速度与质量M的关系,应该做       的图像.

(3)如图(a)为甲同学根据测量数据作出的图像,说明实验存在的问题是               

(4)乙、丙同学用同一装置做实验,画出了各自得到的如图(b)所示,两个同学做实验时哪一个物理量取值不同?                    

正确答案

(1)m远小于M  (2)   (3)平衡摩擦力不充分或者没有平衡摩擦力

(4)小车及车中砝码的总质量

试题分析:(1)设绳子的拉力为F.根据牛顿第二定律,以为研究对象,有:

以M为研究对象,有:

联立以上两式解得:,显然要有,必有,故有,即只有时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力.

(2)根据牛顿第二定律知:当合力一定时,a与M成反比,而反比例函数图象是曲线,而根据曲线很难判定出自变量和因变量之间的关系,故不能作a-M图象;但,故a与成正比,而正比例函数图象是过坐标原点的一条直线,就比较容易判定自变量和因变量之间的关系,故应作图象.

(3)从图(a)中发现直线没过原点,当时,a=0.也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0,说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消,所以该组同学实验操作中遗漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足这个步骤.即平衡摩擦力不充分或者没有平衡摩擦力.

(4)由图(b)可知在拉力相同的情况下,根据可得,即图象的斜率等于物体的质量,且.故两人的实验中小车及车中砝码的总质量不同.

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(8分)在“验证机械能守恒定律”实验中,

(1)电磁打点计时器与电源相接,图甲中接线正确的是      (填“A”或“B”);

(2)已知重锤质量为m,当地重力加速度为g,经正确操作后获得的一条纸带如图乙所示,x1、x2、x3……x7、x8为各个点迹的坐标,请写出从计数点C到计数点D两点间对应运动过程中重锤m的动能变化量的表达式    ,势能变化量的表达式      

(3)比较重锤m动能变化量和势能变化量会得出什么结果?产生的原因是什么?

正确答案

(1)(2分) B

(2)(4分)

(3)(2分),动能的增加量小于势能的减小量。纸带所受摩擦阻力,空气阻力,测量误差。

试题分析:(1)打点计时器必须接交流电压,B对;(2)C点为x0到x2的中间时刻,所以C点速度为,同理D点速度为,所以动能变化量为,重力势能减小量为(3)在实验过程中,由于纸带所受摩擦阻力,空气阻力,测量误差的作用,使得动能的增加量小于势能的减小量

点评:本题难度较小,注意使用“中间时刻的瞬时速度等于平均速度”的结论处理问题

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(1) 在“测定金属丝的电阻率”的实验中,用螺旋测微器测量一根铜丝的直径d,螺旋测微器的测量精度为________mm;其中一次测量结果如右图所示,读数为d=________cm.

(2)为了提高电阻率的测量精度,以下措施不必要的是___

正确答案

(1)0.01 、1.0295(1.0294~1.0297)  (2)C

试题分析:(1)螺旋测微器的精度为0.01mm,主尺读数为10mm,可动刻度读数为29.5×0.01mm,所以读数为10mm+29.5×0.01mm="1.0295cm" (2)测量电阻时,只需要测量三次,所以滑动变阻器不需要采用分压接法

点评:难度较小,滑动变阻器的连接方式首选限流式,如果测量范围和电压表标称值不能满足要求再使用分压接法

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用单摆测重力加速度时,某同学在利用单摆测重力加速度的实验中,若测得重力加速度偏大,则可能是(      )

正确答案

BD

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(1)一种游标卡尺,它的游标尺上有50个小的等分刻度,总长度为49mm。用它测量某物体长度,卡尺示数如图所示,则该物体的长度是                cm。

(2)、一打点计时器固定在斜面上某处,一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下,如图所示.图是打出的纸带的一段.

①已知打点计时器使用的交流电周期为T,利用图(b)给出的数据(用字母表示)可求出小车下滑的加速度a=___      __.

②为了求出小车与斜面间的动摩擦因数,还需要测量的物理量有_______________.用测得的量及加速度a表示小车与斜面间的动摩擦因数=_______________.

正确答案

(1)4.120 cm(2)、①a=(S6+S5+S4-S3–S2-S1)/9T2 ②斜面上任两点处间距l及对应的高度差h.   (若测量的是斜面的倾角,则

试题分析:(1)游标卡尺的读数规则为:先读出主尺示数,再读出游标卡尺上与主尺对应的是第几个格,用格数乘以精确度(0.02)得出游标读数,两部分相加,得出结果,本题中主尺读数为41mm,游标尺上的第10个刻度线与主尺刻度线对齐,所以游标读数为0.02×10mm=0.20mm,所以实际读数为4.120cm.

(2)①已知打点计时器使用的交流电周期为T,利用图(b)给出的数据(用字母表示)可求出小车下滑的加速度 

②小车在下滑过程受重力、支持力、摩擦阻力.设斜面倾角为θ

将重力分解,由牛顿第二定律得:

加速度可以运用运动学公式△x=at2求得.

为了求出小车在下滑过程中所受的阻力,那么我们需要测量小车质量,倾角直接测量很困难.我们可以测出斜面上任意两点间的距离L及这两点的高度差h,通过代替.为了求出小车与斜面间的动摩擦因数,还需要测量的物理量有斜面上任两点处间距l及对应的高度差h..用测得的量及加速度a表示小车与斜面间的动摩擦因数=

点评:

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在“验证机械能守恒定律”的某次实验中,质量m=1kg的重物自由下落,在纸带上打出一系列的点,如图所示(相邻记数点时间间隔为0.02s,g取9.8m/s2,有数值计算的结果保留2位有效数字),那么:

(1)纸带的________(填“左”或“右”)端与重物相连;

(2)打点计时器打下计数点B时,物体的速度vB=________;

(3)从起点P到打下计数点B的过程中物体的重力势能减少量△EP=_____,此过程中物体动能的增加量△Ek=______;

(4)通过计算,数值上△EP________△Ek(填“<”、“ >”或 “=”),这是因为____________。

正确答案

(1)左;(2)0.98m/s; (3)△Ep=0.49J,△Ek=0.48J;(4)“>”,有机械能损失(其他合理解释均可)

本题考查的是验证机械能守恒定律的实验问题。重物自由下落,可根据自由下落的特点知道,点的距离短的那端,即最左端是挂重物的地方。

,显然,原因是有能量损失;

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探究物体的加速度与力、质量的关系实验如下:

(1)在探究物体的加速度与力的关系时,应保持     不变,分别改变施加在物体上的水平拉力F,测出相对应的加速度a.

(2)该同学根据实验数据作出了加速度a与拉力F图线如右图,该图线不通过坐标原点,试分析图线不通过坐标原点的原因.

答:                     

(3)在探究物体的加速度与物体质量的关系时,应保持          不变,分别改变物体的质量m,测出相对应的加速度a.

(4)如果图象是通过坐标原点的一条直线,则说明       

A.加速度a与质量m成正比        B.加速度a与质量m成反比

C.质量m与加速度a成反比        D.质量m与加速度a成正比

(5)在研究物体的“加速度、作用力和质量” 三个物理量的关系时,我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下,加速度和作用力的关系”;又研究了“在作用力一定的情况下,加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是(   )

(A)建立理想模型的方法 (B)控制变量法 (C)等效替代法 (D)类比法

正确答案

(1) 质量 (2)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 (3) 力

(4)  B  (5)B

试题分析:(1) 探究物体的加速度与力、质量的关系采用的是控制变量法,所以在探究物体的加速度与力的关系时,应保持质量不变(2)该图线与横轴有交点,说明当a等于0时,拉力F不等于零,说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足(3)在探究物体的加速度与物体质量的关系时,应保持力不变(4)由牛顿第二定律的公式可知可知图象是通过坐标原点的一条直线,则说明F为定值,加速度a与质量m成反比(5)在研究物体的“加速度、作用力和质量” 三个物理量的关系时,物理问题的科学方法是控制变量法,故选B

点评:难度较小,本实验因为验证F与m、a的关系,所以需要保证F成倍数变化,看a是否成倍数变化,所以实验前应平衡掉摩擦力

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在“用单摆测定重力加速度”的实验中。

(1)若测量出单摆摆长为l,用秒表记录下单摆完成n次全振动所用的 

时间t。重力加速度的表达式g =         (用直接测量量表示)。

(2)某同学用最小刻度为1mm的刻度尺测量摆长。其中一次测量结果

如图甲所示,悬点O与刻度尺零刻线对齐,图中摆长读数为

           cm。

(3)为了减小实验误差,某同学用图象法处理实验数据。他通过改变摆长,测得了多组摆长l和对应的周期T。作出T 2-l图象如图乙所示。若图线的斜率为k,由图线可知重力加速度g =       

正确答案

(1)  (2)98.11~98.19  (3)

(1)由单摆的周期公式可求出重力加速度表达式为(2)注意读数要有估读位(3)由公式可知,图线斜率为k=,则g =

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