• 实验:探究功与速度变化的关系
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题型:简答题
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简答题

随着航天技术的发展,许多实验可以搬到太空中进行。飞船绕地球做匀速圆周运动时,无法用天平称量物体的质量。假设某宇航员在这种环境下设计了如图所示装置(图中O为光滑的小孔)来间接测量物体的质量:给待测物体一个初速度,使它在桌面上做匀速圆周运动,设飞船中具有基本测量工具。

(1)物体与桌面间的摩擦力可以忽略不计,原因是_____________________;

(2)实验时需要测量的物理量是弹簧秤示数F、_______________________________;(写出描述物理量的文字和符号)

(3)待测物体质量的表达式为________________

正确答案

(1) 物体与接触面间几乎没有压力,摩擦力恢复恢复几乎为零_;(2) 圆周运动的周期T_轨道半径R(3)

试题分析:(1)弹力是产生摩擦力的前提条件,没有摩擦力一定没有弹力.由题,物体与桌面间的摩擦力可以忽略不计,其原因是物体与接触面间几乎没有压力,摩擦力几乎为零.

(2)、(3)据题,物体在桌面上做匀速圆周运动,物体与桌面间的摩擦力忽略不计,由弹簧秤的拉力提供物体的向心力.根据牛顿第二定律得:得到:

所以实验时需要测量的物理量是弹簧秤示数F、圆周运动的半径R和周期T.

点评:本题是实际问题的近似,基本原理是合力提供向心力,根据关系式确定需要测量的物理量.

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题型:简答题
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简答题

(1)研究小车匀变速直线运动的实验装置如图(a)所示其中斜面倾角θ可调,打点计时器的工作频率为50Hz。纸带上计数点的间距如图(b)所示,其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。

①部分实验步骤如下:

上述实验步骤的正确顺序是:                        (用字母填写)

②图(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔T=                   s

③计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5=                

④为了充分利用记录数据,减小误差,小车加速度大小的计算式应为a=              

(2)图(a)是测量电阻Rx的原理图。学生电源输出电压可调,电流表量程选0.6A(内阻不计),标有长度刻度的均匀电阻丝ab的总长为30.0cm。

①根据原理图连接图(b)的实物图。

②断开S2,合上S1;调节电源输出电压为3.0V时,单位长度电阻丝的电压u=          V/cm.记录此时电流表A1的示数。

③保持S1闭合,合上S2;滑动c点改变ac的长度L,同时调节电源输出电压,使电流表A1的示数与步骤②记录的值相同,记录长度L和A2的示数I。测量6组LI值,测量数据已在图(c)中标出,写出RxL、I、u的关系式Rx=     ;根据图(c)用作图法算出Rx=    Ω。

正确答案

(1)①DCBA ②0.1  ③ ④

(2)①连线如图所示   ②0.1    ③  5.92

(1)①先安装打点计时器,让纸带穿过限位孔,再放小车连纸带,然后接通电源释放小车,最后关电源取纸带。②相邻两个计数点间的时间间隔。③根据匀变速直线运动一段时间内中间时刻的瞬时速度等于平均速度,得到计数点5对应的瞬时速度大小;④用逐差法求得小车的加速度

(2)①找最长支路,最后将S2、A2Rx并入即可。②断开S2,合上S1,电阻丝两端的电压为3V,则金属丝单位长度的电压为。③由于安培表A1的示数不变,因此 ac段单位长度上的电压不变,Rx两端的电压为Lu,根据欧姆定律有,那么,作出坐标纸上的图象,则图象的斜率,求得

【考点定位】(1)研究小车匀变速直线运动的实验,实验步骤、数据处理。容易题

(2)比例法测定值电阻,实物连接、电阻定律、欧姆定律、图象法处理数据。

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题型:简答题
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简答题

在探究“小车速度随时间变化规律”的实验中,打点计时器依次在纸带上打出一系列的点A、B、C、D、E…相邻两点间的距离如图所示,打点计时器的周期为0.02s,则AD间的平均速度为_______m/s;打C点的瞬间,纸带的速度大小为______m/s,纸带的加速度大小为________ 。(以上结果均保留两位有效数字)

正确答案

0.50   0.55   5.00m/s2

试题分析:根据平均速度公式可得:

根据匀变速直线运动过程中的平均速度等于该段过程中中间时刻速度可得:

根据逐差法可得

点评:匀变速直线运动的两个推论是处理纸带问题的重要依据

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简答题

(6分)一小球在桌面上从静止开始做匀加速运动,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。如图所示,1位置恰为小球刚开始运动的瞬间,摄影机连续两次曝光的时间间隔均为1s,则小球在4位置时的瞬时速度约为______________m/s,小球从1位置到6位置的运动过程中的平均速度为___________________m/s,在该过程中的加速度大约为_____________________

正确答案

0.09   0.075   0.030 

试题分析:该题处理方法类似于打点计时器的问题求解方法。小球做的初速度为零的匀加速直线运动,由于高速摄影机在同一底片上多次曝光的时间间隔相同,所以4点瞬时速度的大小为3和5之间的平均速度的大小,所以4点瞬时速度的大小为;小球从1位置到6位置的运动过程中的平均速度为;由匀变速直线运动的规律可知,采用逐差法求解:

 

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简答题

如图所示,均匀光滑直杆AB长为L,可绕光滑固定转轴O转动,O在距B点处.在水平杆的另一端A下摆经过的轨迹上安装光电门,用来测量A端的瞬时速度vA,光电门测量位置和距转轴O的高度差h可以调节,有一质量为m的小球套在光滑杆上,重力加速度g取10m/s2

(1)若杆的质量忽略不计,小球固定在杆OA的中点处,由静止释放杆,请写出光电门测量到的速度vA与高度差h的关系式;

(2)实际情况下杆的质量M不能忽略,拿走小球后重复实验,得到了如图所示的vA2与h关系图线.请写出杆绕O点转动时的动能Ek与vA的关系式;

(3)将光电门安装在OA中点正下方处,将杆由水平位置静止释放,套在杆上某处的小球由静止开始沿杆下滑,恰好经过该光电门,测得小球对地速度大小为v.已知杆的质量M是小球质量m的倍,杆绕O点转动时的动能Ek与vA满足(2)问关系.求此时小球重力做功的瞬时功率P.

正确答案

(1)根据图中几何关系可知,A端下降高度为h时,小球下降高度为,设此时小球的速度为v1.有机械能守恒定律:mv12=mg

由小球与A端共轴,有相同的角速度,所以:vA=2v1

解得:vA=2

(2)考虑杆的质量,拿走小球后,杆的重心距转轴O的距离为.因此杆的重心下降高度H与A端下降高度h的关系为:H=

对杆和球组成的整体,由动能定理得:Ek=Mg-Mg

由图象得:h=

得:Ek=

(3)小球下降高度h=,此时杆与水平方向夹角为45°.由几何关系知,杆的重心下降高度H=cos450=

设杆此时动能为Ek,小球垂直杆方向的分速度为v1,小球沿杆方向分速度为v2

杆和小球组成的系统机械能守恒:mg+Mg=mv2+Ek

解得:Ek=mgL-mv2

又:==

Ek==

解得:v1=

又v2==

又:p=mgv1cos450+mgv2cos450

解得:p=10m()

答:(1)光电门测量到的速度vA与高度差h的关系式为vA=2

(2)杆绕O点转动时的动能Ek与vA的关系式为Ek=

(3)此时小球重力做功的瞬时功率P为10m().

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题型:填空题
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填空题

“探究功与物体速度变化的关系”的实验如图甲所示,当小车在一条橡皮筋作用下弹出时,橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致.每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.

(1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、______(填测量工具)和______电源(填“交流”或“直流”).

(2)若木板水平放置,小车在两条橡皮筋作用下运动,当小车的速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置,下列说法正确的是______.

A.橡皮筋处于原长状态B.橡皮筋仍处于伸长状态

C.小车在两个铁钉的连线处D.小车已过两个铁钉的连线

(3)在正确操作情况下,需要垫起木板的一端平衡摩擦,平衡摩擦时,小车是否要拖着纸带穿过打点计时器进行?______(填“是”或“否”),平衡摩擦的目的是______.实验时打在纸带上的点并不都是均匀的,如图乙所示.为了测量小车获得的速度,应选用纸带的______部分进行测量(根据下面所示的纸带回答,并用字母表示).

正确答案

(1)探究橡皮筋做功与小车的动能变化的关系,则小车的速度根据纸带上所打的点,通过测量位移,求平均速度来代替瞬时速度.因此必须要有毫米刻度尺;要使打点计时器能工作,必须接交流电源.

故答案为:(毫米)刻度尺,交流.

(2)若木板是水平放置的,则小车在运动过程中要受到滑动摩擦力,当小车速度达最大时,则小车的合力为零.所以除摩擦力外,还有橡皮筋的拉力.因此橡皮筋处于伸长状态.

故选:B.

(3)在加速过程中,橡皮条在做正功,故需要测量最大速度,即匀速运动的速度,因而需要选用间隔均匀的点,即4-7点,打点计时器每隔0.02s打一次点,故最大速度为:最后匀速阶段的速度.

故答案为:GI或GK.

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题型:简答题
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简答题

某同学在做“用单摆测重力加速度”实验中,先测得摆线长为97.50 cm,然后用游标卡尺测量小球的直径,用停表记录了单摆全振动50次所用的时间如下图

(1)小球直径为________cm,该摆摆长为___________cm,停表读数为___________s.

(2)如果测得的g值偏小,可能的原因是(   )

正确答案

(1)、1.52 , ,99.7 (2)、(B)

试题分析:(1)小球的直径为:

摆长为:

停表的读数为

(2) 根据知,测摆线长时摆线拉得过紧,导致摆长偏大,重力加速度偏大.故A错误.摆线上端悬点末固定,振动中出现松动,使摆线长度增加了,摆动的过程中,摆长变短,根据知,重力加速度偏小.故B正确.开始计时时,秒表过迟按下,导致周期变小,根据知,重力加速度偏大.故C错误.实验中误将49次全振动记为50次,导致周期变小,根据知,重力加速度偏大.故D错误.

故选B.

点评:简谐运动是一种理想的运动模型,单摆只有在摆角很小,空气阻力影响不计的情况下单摆的振动才可以看成简谐运动,实验时要保证满足实验的条件.

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题型:简答题
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简答题

某同学在做“用单摆测定重力加速度”的实验.

①测摆长时测量结果如图1所示(单摆的另一端与刻度尺的零刻线对齐),摆长为__  __cm;然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间如图2所示,秒表读数为__  ___s.

②他测得的g值偏小,可能的原因是(     )

正确答案

① 99.70-99.80cm, 100.5 s ,②BC。

试题分析:①刻度尺读数要读到最小刻度的下一位,则读数为99.70mm,由图示秒表可知,秒表示数为1min+40.5s="100.5" s

②根据,知

A、测摆线长时摆线拉得过紧,摆长偏大,所测重力加速度偏大,不符合题意;

B、摆线上端悬点未固定,振动过程中出现松动,摆线长度增加了,实际周期变大,所测重力加速度偏小,符合题意;

C、开始计时,秒表提前按下,所测时间t偏大,所测重力加速度偏小,符合题意;

D、实验中误将n次全振动计为n+1次,根据求出的周期变小,g偏大,不符合题意;

如果他测得的g值偏小,可能的原因是:B、C;

点评:常用仪器的读数要掌握,这是物理实验的基础.掌握单摆的周期公式,从而求解加速度,摆长、周期等物理量之间的关系.单摆的周期采用累积法测量可减小误差.对于测量误差可根据实验原理进行分析.

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题型:简答题
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简答题

在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,某实验小组用如图所示装置,采用控制变量的方法来研究小车质量不变的情况下,小车的加速度与小车受到力的关系。

(1)此实验小组所用电源频率为50Hz,得到的纸带如图所示,舍去前面比较密集的点,从O点开始,在纸带上取A、B、C三个计时点(OA间的各点没有标出),已知d1=3.0cm,d2=4.8cm,d3=6.8cm.则小车运动的加速度为          m/s2(结果保留2位有效数字)

(2)某实验小组得到的图线AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是(     )

A、小车与轨道之间存在摩擦

B、导轨保持了水平状态

C、砝码盘添加砝码的总质量太大

D、所用小车的质量太大

正确答案

5.0      C

试题分析:(1)由可得

(2)实际中,令,m是变化的,只有当m<

点评:因实验原理不完善造成误差:本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力),存在系统误差.小盘和砝码的总质量m越接近小车的质量M,误差就越大;反之,小盘和砝码的总质量越小于小车的质量,误差就越小.此误差不可消除。

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题型:简答题
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简答题

图是《探究力的平行四边形定则》实验的示意图.

(1)实验中要注意      

A.固定有白纸的图板必须竖直放置

B.用两弹簧测力计拉橡皮条时,两弹簧测力计的示数必须相同

C.弹簧测力计必须与木板平面平行

(2)做实验时.要先后用两个和一个弹簧测力计拉橡皮条。用两个测力计互成角度拉橡皮条时,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O.这时除了读出两个测力计的示数,还需要记下     和       

正确答案

(1)C   (2)O点的位置和OA和OB的方向

试题分析:(1)A、本实验要求固定有白纸的图板必须水平放置;错误

B、为了探究平行四边形定则的普适性,两个弹簧测力计的示数不必相同;错误

C、弹簧测力计必须与木板平面平行,这样可以减小实验误差;正确

故选C

(2)本实验不但要记录两个测力计的示数,还要记下两个拉力的方向,即O点的位置和OA和OB的方向,才能做出平行四边形。

点评:理解实验应理解实验的原理及方法,掌握实验中的注意事项,通过实际操作实验,加深对实验的理解.

下一知识点 : 动能和动能定理
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