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1、倒計時第4天 力學(xué)實驗
A.主干回顧
B.精要檢索
1.實驗要點
分類
實驗名稱
??家c
探究性實驗
研究勻變速直線運動
數(shù)據(jù)處理方法:(1)公式法:v=、Δx=aT2;(2)圖象法:v-t圖象
加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系
控制變量法的應(yīng)用、圖象的處理以及實驗的注意事項
驗證性實驗
驗證機械能守恒定律
用自由落體實驗,知道如何從紙帶的數(shù)據(jù)中確定ΔEp和ΔEk
力的平行四邊形定則
彈簧測力計的使用注意事項及讀數(shù)、力的圖示、根據(jù)平行四邊形定則求出合力
2.物理量的測量方法
待測量
測量工具
方法說明
長度
刻度尺
毫米刻度尺精度為1 mm,
2、讀數(shù)時應(yīng)估讀到0.1 mm
游標卡尺
①讀數(shù)方法:測量值=主尺上指示的毫米數(shù)+精度×游標尺對齊的格數(shù)
②精度: mm,10分度的游標卡尺精度為0.1 mm,20分度的游標卡尺精度為0.05 mm,50分度的游標卡尺精度為0.02 mm,游標卡尺不估讀
螺旋測微器
①讀數(shù)方法:測量值=主尺上指示的毫米數(shù)(注意半毫米刻線是否露出)+精度×轉(zhuǎn)動圓筒上與主尺中心刻線所對應(yīng)刻度值(注意刻度值要估讀)
②精度:螺旋測微器精度為0.01 mm
時間
打點計時器
①t=nT(n表示打點的時間間隔的個數(shù),T表示打點周期)
②打點周期與所接交流電周期相同
光電計時器
光電計時器能自動記錄擋
3、光時間,顯示在讀數(shù)窗口
力
彈簧測力計
力的大?。骄取林羔樦甘镜母駭?shù)(注意估讀)
速度
打點紙帶
若紙帶做勻變速直線運動,則打某點時的瞬時速度等于對應(yīng)的平均速度
頻閃照相
(利用等時間間隔照片信息記錄物體在不同時刻的位置)同上
光電門
①v0=(d表示滑塊上擋光片的寬度,Δt表示擋光片擋光時間)
②由于擋光片的寬度很小,在這里可用平均速度表示其瞬時速度
加速度
打點紙帶
(頻閃照相)
若紙帶做勻變速直線運動,則a=或a=
光電門
若紙帶做勻變速直線運動,則a=(v1、v2分別表示通過光電門測得的滑塊在t1、t2兩個時刻的速度,Δt表示對應(yīng)的時間間隔)
C.
4、考前熱身
1.利用如圖1裝置可以做力學(xué)中的許多實驗:(1)以下說法正確的是________.
圖1
A.用此裝置“研究勻變速直線運動”時,必須設(shè)法消除小車和滑軌間的摩擦阻力的影響
B.用此裝置“研究勻變速直線運動”時,必須調(diào)整滑輪高度使連接小車的細繩與滑軌平行
C.用此裝置“探究加速度a與力F的關(guān)系”時,每次改變砝碼及砝碼盤總質(zhì)量之后,需要重新平衡摩擦力
D.用此裝置“探究加速度a與力F的關(guān)系”時,應(yīng)使砝碼盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量
(2)本裝置中要用到打點計時器,如圖2所示為實驗室常用的兩種計時器,其中b裝置用的電源要求是________.
a
5、 b
圖2
A.交流220 V B.直流220 V
C.交流4~6 V D.直流4~6 V
(3)在利用此裝置“探究加速度a與力F的關(guān)系”時,實驗中按規(guī)范操作打出的一條紙帶的一部分如圖3,已知打點計時器接在頻率為50 Hz的交流電源上,則此次實驗中打點計時器打下A點時小車的瞬時速度為__________m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
圖3
【解析】 (1)小車與滑軌間存在的摩擦力不會影響小車做勻變速直線運動,故不需要平衡摩擦力,A項錯誤;為保持小車所受拉力方向不變,需要調(diào)整滑輪高度使連接小車的細繩與滑軌平行,B項正確;平衡摩擦力后,mgsin θ=μmgcos
6、 θ,即tan θ=μ,即只需要調(diào)整好軌道傾角即可,與砝碼與砝碼盤總質(zhì)量無關(guān),C項錯誤;F=M=·mg,所以為確保小車所受拉力近似等于砝碼盤和盤內(nèi)砝碼總重力,盤及盤內(nèi)砝碼總質(zhì)量應(yīng)遠小于小車總質(zhì)量,D項正確.
(2)b為電磁打點計時器,使用4~6 V低壓交流電源,C項正確;a為電火花打點計時器,使用交流220 V電源.
(3)紙帶中A點的瞬時速度等于以它為中間時刻某段位移的平均速度,即vA= m/s=0.53 m/s.
【答案】 (1)BD (2)C (3)0.53(0.51~0.53均對)
2.某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計時器,探究輕彈簧彈性勢能與形變量的關(guān)系.如圖4甲所示,氣墊導(dǎo)軌上有
7、很多小孔,氣泵輸入壓縮空氣,從小孔中噴出,會使質(zhì)量為0.5 kg的滑塊與導(dǎo)軌之間有一層薄的空氣,使二者不接觸從而大大減小阻力.一端固定有輕彈簧的滑塊在導(dǎo)軌上滑行,當通過數(shù)字計時器時,遮光片擋住光源,與光敏管相連的電子電路就會記錄遮光時間Δt.
圖4
(1)接通氣泵,調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌,輕推滑塊,使其剛好能夠勻速運動,說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平.
(2)使用10分度游標卡尺測量滑塊上遮光片寬度如圖乙所示,讀出其寬度為d=________ cm.
(3)壓縮彈簧記錄其壓縮量.
(4)釋放滑塊,滑塊離開彈簧后通過數(shù)字計時器,計時器顯示時間Δt.
(5)多次重復(fù)步驟(3)和(4),將數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)
8、表格中,并計算出滑塊相應(yīng)的動能.
彈簧壓縮量x(cm)
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
遮光時間Δt(ms)
57.5
28.4
19.1
14.4
11.5
滑塊的動能Ek(J)
0.010
0.041
0.091
0.160
(6)由機械能守恒定律可知,滑塊的動能等于釋放滑塊時彈簧的勢能.
(7)表格中彈簧壓縮量為5.00 cm時,滑塊動能為________________ J(結(jié)果要求保留三位有效數(shù)字).
(8)由表格中數(shù)據(jù)可知,彈簧的彈性勢能與其形變量的關(guān)系為___________.
【解析】 游標卡尺的主尺讀數(shù)為11 m
9、m,十分度卡尺精確度為0.1 mm,游標尺上第5刻度線與主尺刻度線對齊,故游標尺讀數(shù)為0.5 mm,所以遮光片寬度為11.5 mm=1.15 cm.彈簧壓縮量為5 cm時,遮光片通過光電門的瞬時速度為v=,滑塊的動能Ek=mv2,代入已知數(shù)據(jù)解得Ek=0.250 J,由機械能守恒定律可知,滑塊的動能等于釋放滑塊時彈簧的彈性勢能,比較第一、三行數(shù)據(jù)可知,彈簧的彈性勢能與其形變量的平方成正比.
【答案】 (2)1.15 (7)0.250 (8)彈簧的彈性勢能與其形變量的平方成正比
3.用落體法驗證機械能守恒定律的實驗中,打點計時器的打點頻率為50 Hz,重力加速度為9.8 m/s2.
(1)
10、運用公式mv2=mgh時,對實驗條件的要求是重錘由靜止出發(fā),為達到此目的,所選擇的紙帶第1、2兩點間的距離應(yīng)接近________.
(2)若實驗中所用重錘的質(zhì)量m=1 kg,打點紙帶如圖5所示,則打下B點時,重錘的動能Ek=________J;從開始下落至打下B點,重錘的重力勢能的減少量ΔEp=________J.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
圖5
(3)由上述實驗可得出的結(jié)論是___________________________.
【解析】 (1)用公式mv2=mgh驗證機械能守恒定律時,對實驗條件的要求是紙帶上打下第1點時,重錘的初速度為零,打點計時器的打點頻率為50 Hz,打點
11、周期為0.02 s,重錘開始下落后,在第一個打點周期內(nèi)下落的高度為h=gT2=×9.8×(0.02)2 m≈2 mm,所以所選擇的紙帶第1、2兩點間的距離應(yīng)接近2 mm.
(2)由題圖,利用勻變速直線運動規(guī)律,有vB== m/s=0.58 m/s,打下B點時重錘的動能EkB=mv=0.168 J;從開始下落至打下B點,重錘的重力勢能的減少量ΔEp=mgh=1×9.8×0.017 6 J=0.172 J.
(3)由以上數(shù)據(jù),可得出的結(jié)論是在誤差允許的范圍內(nèi),重錘下落過程中機械能守恒.
【答案】 (1)2 mm (2)0.168 0.172 (3)在誤差允許的范圍內(nèi),重錘的機械能守恒
4.
12、某同學(xué)設(shè)計了一個探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系的實驗,圖6甲為實驗裝置簡圖,打點計時器每隔0.02 s打一個點,紙帶上每兩個打印點取一個計數(shù)點.
甲
乙
圖6
(1)圖乙為某次實驗得到的紙帶,根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為________m/s2.(保留兩位有效數(shù)字)
(2)有一位同學(xué)通過實驗測量作出了圖7中的A圖線,另一位同學(xué)通過實驗測出了如圖7中的B圖線.試分析:
圖7
①A圖線上部彎曲的原因是_________________________________;
②B圖線在縱軸上有截距的原因是___________________________.
【解析】 (1)因為xCE-xAC=a(2T)2,所以a==
m/s2≈3.2 m/s2.
(2)①隨著鉤碼質(zhì)量的不斷增加,將不再滿足鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量這一要求.
②平衡摩擦力時,長木板遠離滑輪的一端墊得過高,導(dǎo)致形成斜面的傾角過大.
【答案】 見解析