- 实验:探究功与速度变化的关系
- 共351题
在“探究弹力和弹簧伸长的关系,并测定弹簧的劲度系数”的实验中,实验装置如右图所示.所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力.实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测出相应的弹簧总长度.
(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图中,请作出F-L图线.
(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0=________cm,劲度系数k=________ N/m.
(3)试根据以上该同学的实验情况,请你帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)
(4)该同学实验时,把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较.
优点在于:_______________________________________________________________.
缺点在于:_______________________________________________________________.
正确答案
(1)
(2)5 20
(3)记录数据的表格如下表:
(4)优点是:避免弹簧自身所受重力对实验的影响;
缺点是:弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差.
试题分析: (1)用平滑的曲线将各点连接起来,如下图所示:
(2)弹簧处于原长时,弹力为零,故弹簧的原长;
图象的函数表达式为:,故斜率表示劲度系数;
劲度系数;
(3)记录数据的表格如下表:
(4)优点是:避免弹簧自身所受重力对实验的影响;
缺点是:弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差.
点评:本题关键是明确描点作图的方法,同时求解出图象的函数表达式,得到斜率的含义,然后通过图象求解出劲度系数.
如图所示,是某同学打下的一条匀加速直线运动的纸带,相邻的两个计数点间还有4个点未画出,打点计时器使用的是50 Hz的交流电.计数点间的距离依次为S1=2.60cm、S2=4.10cm、S3=5.60cm、S4=7.10cm、S5=8.60cm、S6=10.0cm.
(1)计数点“1”处的速度为V1=___________m/s
(2)若计数点间的距离依次用S1,S2,S3,S4,S5,S6 表示,相邻两个计数点间的时间间隔用t表示,用逐差法求加速度的表达式为:a= ,代入数据后,加速度大小为_______m/s2
(3)计数点“0”处的速度为V0=___________m/s(保留三位有效数字)
正确答案
(1) 0.335 (2);1.49 (3)0.186
试题分析:(1)根据匀变速直线运动的规律,计数点“1”的速度等于S1和S2两端位移过程中的平均速度,即:V1==
=0.335m/s
(2)根据逐差法,加速度为:a==
=1.49m/s2
(3)由v1=v0+at得v0=v1-at=0.335m/s-1.49m/s2×0.1s=0.186m/s
某同学用如图所示装置来验证动量守恒定律,让质量为m1的小球从斜槽某处由静止开始滚下,与静止在斜槽末端质量为m2的小球发生碰撞.
(1)实验中必须满足的条件是________.
A.m1必须大于m2
B.斜槽必须是光滑的
C.斜槽末端的切线必须水平
D.m1每次必须从同一高度由静止滚下
(2)实验中必须测量的物理量是________.
A.两小球的质量m1和m2
B.两小球的直径d1和d2
C.桌面离地面的高度H
D.小球飞出的水平距离s
(3)下列说法中有利于减小误差、提高实验结果准确程度的是________.
A.两小球的质量差越大越好
B.小球释放点离地面的高度越大越好
C.调整斜槽,使m1、m2碰撞时球心在同一水平面上
D.将小球重复10次的落点用半径尽量小的圆圈住,其圆心作为小球的落点位置
正确答案
(1)ACD (2)AD (3)CD
(1)为了防止碰后m1反弹而导致m1碰后速度的测量误差增大,必须m1>m2,A对;该实验是通过平抛运动规律来将速度转换成水平位移进行测量的,必须保证两球在碰撞前后水平抛出,所以斜槽末端的切线必须水平,C对;要保证m1碰前的速度相同,根据功能关系,m1每次必须从同一高度由静止滚下,D对;根据功能关系可知斜槽没有必要一定光滑,B错.
(2)根据动量守恒定律,m1v1=m1v′1+m2v′2,本实验将其转换成m1s1=m1s′1+m2s′2进行验证,所以A、D正确.
(3)根据实验需要注意的事项和数据处理方法,C、D正确.
(5分)利用图示装置可以做力学中的许多实验。以下说法正确的是 。
正确答案
D
试题分析:此装置可以用来研究匀变速直线运动,但不需要平衡摩擦力,只需保证合力不变即可,故A错误;平衡摩擦力后,有,即
,与质量无关,故通过增减木块上的砝码改变质量时,不需要重新调节木板倾斜度,故B错误;曲线的种类有双曲线、抛物线、三角函数曲线等多种,所以若a-M图象是曲线,不能断定曲线是双曲线,即不能断定加速度与质量成反比,应画出
图象,故C错误;探究“动能定理”实验时,需要平衡摩擦力,方法是将木板带打点计时器的一端适当垫高,这样做的目的是利用小车重力沿斜面分力补偿小车运动中所受阻力的影响,从而小车受到的合力即为绳子的拉力,故D正确.所以选D.
气垫导轨装置如图甲所示,由导轨、滑块、挡光条、光电门等组成.在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔。向导轨空腔内不断通入压缩空气,压缩空气会从小孔中喷出,使滑块稳定地漂浮在导轨上(图乙),这样可忽略滑块所受的摩擦力。
用数字计时器测量滑块通过光电门的时间,从而计算滑块通过光电门时的速度。测量时,在滑块上插一块挡光条,如图丙所示。挡光条前沿经过光电门时开始计时,后沿经过光电门时计时停止,计时器上显示的就是滑块发生位移l所用的时间。
如图所示,某同学用一端安装有光电门的上述气垫导轨AB做验证机械能守恒定律的实验。当光电门中有物体通过时与之连接的数字计时器(图中未画出)能够显示挡光时间。实验中,B端放在水平桌面上,而A端用完全相同的小木块垫高,将滑块自A端由静止释放,由数字计时器记录挡光时间。通过调整A端所垫小木块的数量,改变下落高度,再重复做实验,已知挡光条长度为4.00 cm,。
(1) A端所有小木块的高度之和即为滑块滑动过程中下落的高度。用游标卡尺测量其中一块小木块的高度如图,其读数为_________cm。
(2)某次实验中,滑块通过光电门时,数字计时器显示挡光时间为2×10-2S,则小滑块通过光电门的速度为___ __m/s。
(3)根据实验中测量的速度v,滑块下落的高度h,做出随下落的高度h变化的图象,下列各图中正确的是:
(4)若滑块是从C点由静止释放的,还想完成验证机械能守恒定律实验。必须测量下列哪些物理量 ( )
正确答案
(1) (2分) 2。06 。(2)( 2分) 2
(3)( 2分) C (4)( 2分)AC或AD
略
(6分)某探究学习小组验证动能定理的实验装置如图甲所示.
(1) 实验时首先要平衡摩擦力:取下沙桶,把木板不带滑轮的一端垫高,轻推小车,让小车________(选填“拖着”或“不拖着”)纸带运动.
(2)打点计时器使用频率为50 Hz的交流电,记录小车运动的纸带如图乙所示.在纸带上相邻两计数点之间还有四个点未画出.本实验需根据此纸带计算_________(选填“速度”、“加速度”)的值,其中小车通过计数点“B”时,该值=___________(计算结果保留两位有效数字).
(3)若实验室没有沙桶只有钩码,每个钩码质量m=50g,小车总质量M=200g,用该实验装置验证动能定理,则需验证重力对钩码所做的功是否等于____________(选填“小车”或“小车和钩码”)动能的增量.
正确答案
(1)拖着(1分);(2)速度(1分)0.13m/s(2分)(说明:没有单位或单位错不得分);(3)小车和钩码(2分)。
试题分析:(1)在平衡摩擦力时,是需要带着纸带一起运动的;(2)由于该题是用来验证动能定理的,而Ek=mv2,故纸带是用来计算速度值的,从而得出动能的大小来;小车通过B点的速度值为vB=
=13cm/s=0.13m/s;(3)把小车与钩码看成一个系统,重力对钩码所做的功其实就是合外力对整个系统的功,它应该等于钩码和小车动能的增加量;若只对于小车而言,拉力对小车的功与钩码重力对钩码的功是不相等的,故它不是对小车而言的。
如图所示,把一个弹簧测力计的一端固定在墙上,用另一个弹簧测力计水平向左拉金属板,使金属板向左运动,此时两个测力计的示数稳定(图中已把弹簧测力计的示数放大画出),则物块P与金属板间的滑动摩擦力的大小是 N(要估读1位)。若用弹簧测力计测得物块P重13N,根据表中给出的动摩擦因数,可推算出物块P的材料为 。
正确答案
2.60N 木头
试题分析:由于物体P静止不动,右边的弹簧弹力等于物体P受到的滑动摩擦力的大小,为2.60N,由滑动摩擦力公式可知动摩擦因数
,可推算出物块P的材料为木头
点评:本题考查了学生的推断能力和排除能力,有的学生没有注意木板不一定为匀速运动而错误的认为左边弹簧弹力等于木板所受到的摩擦力
(6分)如图甲所示,某同学在做“探究功与速度变化的关系”的实验.当小车在1条橡皮筋的作用下沿木板滑行时,橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条…橡皮筋重复实验时,设法使每次实验中橡皮筋所做的功分别为2W、3W….
图甲
(1)图中电火花计时器的工作电压是________V的交流电.
(2)实验室提供的器材如下:长木板、小车、橡皮筋、打点计时器、纸带、电源等,还缺少的测量工具是________.
(3)在正确操作的情况下,某次所打的纸带如图乙所示.打在纸带上的点并不都是均匀的,为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度,应选用纸带的________部分进行测量(根据纸带中字母回答),小车获得的速度是________m/s.(结果保留两位有效数字)
图乙
正确答案
(1) 220;(2)刻度尺;(3)GJ或者HJ;0.65 。
试题分析:(1)图中电火花计时器的工作电压是220V的交流电.(2) 缺少的测量工具是刻度尺;(3)测量橡皮筋做功后小车获得的速度,应选用纸带上点迹分布均匀的部分即GJ或者HJ部分进行测量,小车获得的速度是。
在学习了“实验:探究碰撞中的不变量”的实验后,得出了动量守恒定律,反过来我们可以利用该实验中的有关方案来验证动量守恒定律。下面是某实验小组选用水平气垫导轨、光电门的测量装置来研究两个滑块碰撞过程中系统动量的变化情况。实验仪器如图所示。实验过程:
(1)调节气垫导轨水平,并使光电计时器系统正常工作。
(2)在滑块1上装上挡光片并测出其长度L。
(3)在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥(或双面胶纸)。
(4)用天平测出滑块1和滑块2的质量m1、m2。
(5)把滑块1和滑块2放在气垫导轨上,让滑块2处于静止状态(=0),用滑块1以初速度
与之碰撞(这时光电计时器系统自动计算时间),撞后两者粘在一起,分别记下滑块1的挡光片碰前通过光电门的遮光时间
和碰后通过光电门的遮光时间
。
(6)先根据 ④ 计算滑块1碰撞前的速度及碰后两者的共同速度
;再计算两滑块碰撞前后的动量,并比较两滑块碰撞前后的动量的矢量和。
实验数据: m1=0.324kg m2=0.181kg L=1.00×10-3m
正确答案
④⑤0⑥0.093⑦0.138⑧0 ⑨在误差允许的范围内,碰前系统动量矢量和等于碰后系统动量矢量和
试题分析:④因为光电门的距离非常小,所以可以将通过其的平均速度看做瞬时速度,故
⑤碰撞前,的速度为零,故动量为零
⑥碰撞前后动量守恒,即,解得:
⑦
⑧碰撞前,的速度为零,故动量为零
⑨在误差允许的范围内,碰前系统动量矢量和等于碰后系统动量矢量和
点评:关键是知道通过光电门的速度的特点,以及要根据碰撞前后各个物体的速度求解动量
(3分)如图所示,某同学在做“研究匀变速直线运动”的实验中,由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带,纸带上两相邻计数点的时间间隔为,其中
,
,
,
,
,则打A点时小车的瞬时速度大小是 m/s,计算小车运动的加速度的表达式为 .加速度大小是 m/s。。(计算结果保留两位有效数字)
正确答案
vA="0.86" m/s (1分), (1分) ,a="0.64" m/s2(1分)
试题分析:匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度,所以。计算小车加速度根据
,但又不能只选择2个数据,误差大,要减小误差就要选择多的数据,因此我们用
,
,
,整理即得
,要避免用
,
……那样最终会把数据消掉只用到初末两个数据仍不准确。带入数据计算即的加速度a="0.64" m/s2
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