實驗專題02力學實驗1．利用圖中所示的裝置可以研究自由落體運動。實驗中需要調整好儀器，接通打點計時器的電源，松開紙帶，使重物下落。打點計時器會在紙帶上打出一系列的小點。（1）為了測試中午下落的加速度，還需要的實驗器材有。（填入正確選項前的字母）A.天平B.秒表C.米尺（2）若實驗中所得到的重物下落的加速度值小于當地的重物加速度值，而實驗操作與數據處理均無錯誤，寫出一個你認為可能引起此錯誤差的原因：。1【答案】（1）C（2）打點計時器與紙帶間的摩擦【解析】（1）時間由打點計時器確定，用米尺測定位移。答案C（2）打點計時器與紙帶間的摩擦2如圖，研究平拋運動規律的實驗裝置放置在水平桌面上，利用光電門傳感器和碰撞傳感器可測得小球的水平初速度和飛行時間，底板上的標尺可以測得水平位移。保持水平槽口距底板高度h＝0.420m不變。改變小球在斜槽導軌上下滑的起始位置，測出小球做平拋運動的初速度v0、飛行時間t和水平位移d，記錄在表中。由表中數據可知，在h一定時，小球水平位移d與其初速度v0成＿＿＿＿關系，與＿＿＿＿無關。v0(m/s)0.7411.0341.3181.584t(ms)292.7293.0292.8292.9d(cm)21.730.338.646.4(2)一位同學計算出小球飛行時間的理論值，發現理論值與測量值之差約為3ms。經檢查，實驗及測量無誤，其原因是＿＿＿＿。(3)另一位同學分析并糾正了上述偏差后，另做了這個實驗，競發現測量值t′依然大于自己得到的理論值，但二者之差在3－7ms之間，且初速度越大差值越小。對實驗裝置的安裝進行檢查，確認斜槽槽口與底座均水平，則導致偏差的原因是＿＿＿＿。2答案：（1）正比h（2）g取值10m/s2偏大（3）水平槽口距底板高度h較大，小球飛行時受到空氣阻力作用解析：（1）由表中數據可知，在h一定時，小球水平位移d與其初速度v0成正比關系，與h無關。（2）計算小球飛行時間的理論值中，g不能取值10m/s2，應該取值g=9.8m/s，這樣計算出的t=292.8ms。（3）導致偏差的原因是：水平槽口距底板高度h較大，小球飛行時受到空氣阻力作用3．物體從高處下落時，會受到空氣的阻力，對于不同的物體，所受的阻力大小也不同。空氣阻力與物體的速度、迎風面的大小及形狀等因素有關。某實驗小組設計了如圖所示的用光電門測定鋼球下落時受到的阻力的實驗裝置。直徑為d、質量為m的小鋼球從某高度下落的過程中先后通過光電門A、B，計時裝置測出鋼球通過A、B的時間分別為tA、tB。用鋼球通過光電門的平均速度表示鋼球球心通過光電門的瞬時速度，測出兩光電門間的距離為H，當地的重力加速度為g。(1)用游標卡尺測量鋼球直徑如圖所示，讀數為__________mm；(2)鋼球下落過程中受到空氣的平均阻力Ff=_______用題中所給物理量符號來表示)；(3)本題“用鋼球通過光電門的平均速度表示鋼球球心通過光電門的瞬時速度”，但從嚴格意義上講是不準確的，實際上鋼球通過光電門的平均速度_______(選填“>”或“<”)鋼球球心通過光電門的瞬時速度。3.【答案】10.50<【解析】根據極短時間內的平均速度等于瞬時速度求出鋼球通過兩個光電門的速度，結合速度位移公式求出加速度，根據牛頓第二定律求出空氣的平均阻力．根據勻變速直線運動的規律判斷實際上鋼球通過光電門的平均速度與鋼球球心通過光電門的瞬時速度。(1)游標卡尺的主尺讀數為：10mm，游標尺上第10個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標讀數為0.05×10mm=0.50mm，所以最終讀數為：(10＋0.50)mm=10.50mm；(2)根據平均速度公式可得，小球經過兩光電門的速度分別為；，在下落h過程中，由速度和位移關系可知，，再由牛頓第二定律可知，解得阻力(3)由勻變速直線運動的規律，鋼球通過光電門的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，而球心通過光電門的中間位移的速度大于中間時刻的瞬時速度，因此鋼球通過光電門的平均速度小于鋼球球心通過光電門的瞬時速度。4.小明所在的實驗小組，為探究“拉力做功與物體動能變化的關系”，他們在實驗室組裝了一套如圖甲所示的裝置。已知小車的質量為M=200g，該小組的同學想用鉤碼的重力作為小車受到的合外力，為了實現這個想法，必須要先平衡摩擦力，并選擇適當的鉤碼。（1）平衡摩擦時，下列操作正確的是_______________。（A）掛上鉤碼，放開沒有紙帶的小車，能夠自由下滑即可（B）掛上鉤碼，輕推沒有紙帶的小車，小車能夠勻速下滑即可（C）不掛鉤碼，放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可（D）不掛鉤碼，輕推拖著紙帶的小車，小車能夠勻速下滑即可（2）他們在實驗室找到的鉤碼質量有10g、20g、50g和100g的，應選擇質量為______的鉤碼最為合適。（3）該實驗小組打下一條紙帶，將紙帶上打的第一個點標為“0”，且認為打“0”時小車的速度為零，其后依次標出計數點1、2、3、4、5、6（相鄰2個計數點間還有4個點未畫），量出計數點3、4、5到計數點0的距離分別為x1、x2和x3，如圖乙所示。已知打點計時器的打點周期為T，小車的質量為M，鉤碼質量為m，重力加速度為g，則在打計數點0到4的過程中，小車的動能增量為______________。（4）通過多次試驗并計算，小明發現，小車動能的增量總略小于mgx。你認為造成這樣的原因可能是______________________________________________________。4【答案】（1）D（2）10g（3）（4）由于鉤碼做加速運動，所以細繩對小車的拉力小于鉤碼的重力mg；或平衡摩擦力時傾角不夠（兩者答出任意一個都給分）（每空2分，共8分）【解析】（1）由于運動過程中紙帶與打點計時器間也有摩擦，可以通過重力的分力一起平衡。平衡以后，掛上鉤碼，此時細繩對小車的拉力就是小車所受的合外力。另外小車是否做勻速運動，可以通過打在紙帶上點的分布作出判斷，比肉眼看更方便可靠。所以選項ABC錯誤，選項D正確。學#科網（2）只有在加速度足夠小時，即鉤碼的質量遠小于小車的質量時，細繩中拉力的大小才近似等于鉤碼的重力，所以應選10g的鉤碼。（3）因為打點周期為T，相鄰2個計數點間還有4個點未畫，所以3到5計數點間的時間間隔為10T，打計數點4時的速度為，在打計數點0到4的過程中小車的動能增量為。（4）由于鉤碼做加速運動，所以細繩對小車的拉力小于鉤碼的重力mg，用mgx來表示合外力對小車做的功比真實值大。如果平衡摩擦力時傾角不夠，則小車所受到的合外力比mg小，所以用mgx來表示合外力對小車做的功也會比真實值偏大。5、學校物理興趣小組用圖甲裝置探究物體質量一定時加速度與力的關系，其中桌面與細線已調至水平。（1）關于本實驗，下列說法正確的是________。A．必須用天平測出砂和砂桶的質量B．砂和砂桶的總質量必須遠小于小車的質量C．應當先釋放小車，再接通電源D．需要改變砂和砂桶的總質量，打出多條紙帶（2）經正確操作，得到如圖乙所示的紙帶，已知打點計時器所接交流電源的頻率為，相鄰兩計數點之間還有四個計時點未畫出，則小車運動的加速度大小為________。（結果保留兩位有效數字）（3）若小車的加速度大小a與力傳感器示數F的關系如圖丙所示，則小車的質量為________。（結果保留兩位有效數字）（4）不斷增加砂桶中砂的質量，重復實驗，發現小車的加速度最后趨近于某一數值。若當地的重力加速度大小為g，則經理論分析可知，該數值為_________。5【答案】①.D②.2.4③.2.9④.【解析】（1）[1]AB．本題拉力可以由力傳感器來測出，不需要用天平測出砂和砂桶的質量，也就不需要使小桶(包括砂)的質量遠小于車的總質量，故AB錯誤；C．打點計時器運用時，都是先接通電源，待打點穩定后再釋放紙帶，故C錯誤；D．該實驗探究加速度與力和質量的關系，需要改變沙和沙桶的總質量，打出多條紙帶，故D正確。故選D。（2）[2]打點計時器所接交流電源的頻率為，相鄰兩計數點之間還有四個計時點未畫出，相鄰計數點之間的時間間隔根據逐差法可得加速度（3）[3]設小車質量為，根據牛頓第二定律可得可知圖象斜率表示小車質量的倒數，即解得（4）[4]設砂桶和砂的質量為,繩子拉力為,對砂桶和砂根據牛頓第二定律可得對小車聯立可得當無窮大時，加速度的值趨近于。6．（2021·福建廈門集美中學高三月考）某同學設計了如圖所示實驗裝置“驗證機械能守恒定律”，繞過固定光滑圓環的細線，一端連接小球A，一端連接放在力傳感器上的重物B，當地的重力加速度為g。（1）對實驗的要求，下列說法正確的是______。A．小球A選用密度大、體積小的球B．重物B的質量必須等于小球A的質量C．細線選用不可伸長的輕質細線D．OA段細線越長越好（2）實驗時將小球A拉至與O等高的位置，OA段和OB段細線均剛好伸直，由靜止釋放小球A，力傳感器記錄物塊B對力傳感器的壓力大小，得到最小壓力為、最大壓力為，則重物B的質量為______；（選用題中給出的合適物理量字母表示）（3）要驗證機械能守恒，還需要測量的物理量為______。A．小球A的質量B．OA段細線長C．小球A的半徑rD．OB段細線長（4）當表達式______成立時，機械能守恒定律得到驗證。（用題中所給以及測量的物理量字母表示）6【答案】ACA【解析】（1）[1]A．為了減