專題十必考力學(xué)實驗 二 1 用彈簧測力計探究作用力與反作用力的關(guān)系 實驗五探究作用力與反作用力的關(guān)系 如圖1甲所示 任取A B兩個彈簧測力計 使兩掛鉤鉤住 B固定 A用手拉著 彈簧測力計A受到B的拉力FBA 彈簧測力計B受到A的拉力FAB 讀出此時兩個彈簧測力計的示數(shù)FA和FB 比較FA和FB的大小和方向 圖1 如圖乙所示 將兩個彈簧測力計掛鉤鉤住 B連接一塊木塊 A用手拉著 探究在水平方向運(yùn)動時 FA和FB的大小和方向 將拉動方向改為豎直方向 如圖丙所示 重復(fù)上述探究 圖1 2 用力傳感器探究作用力與反作用力的關(guān)系 如圖2所示 用兩只力傳感器鉤住對拉 從計算機(jī)屏幕上所顯示的力和時間關(guān)系圖線中讀出不同時刻兩只力傳感器間的相互作用力FA和FB 比較FA和FB的大小和方向 圖2 3 實驗結(jié)論 作用力與反作用力作用在兩個物體上 大小相等 方向相反 同時產(chǎn)生 同時消失 性質(zhì)相同 作用力與反作用力之間的關(guān)系與運(yùn)動狀態(tài)無關(guān) 4 注意事項 1 使用彈簧測力計前 應(yīng)先調(diào)節(jié)零刻度 2 彈簧測力計對拉時作用力要在同一直線上 3 實際的彈簧測力計往往存在一定的誤差 發(fā)現(xiàn)兩彈簧測力計示數(shù)不等既不能 視而不見 也不能 武斷定論 4 將彈簧測力計A和B分別與彈簧測力計C互拉 通過與C的示數(shù)比較確定兩彈簧測力計拉力是否相等 是一種 等效替代 的方法 5 同一實驗步驟中 小泡沫塑料位置必須保持不變 6 用力傳感器進(jìn)行實驗時 也需要調(diào)零 7 用力傳感器對拉時要使作用力在同一直線上 答案 例1 2015 浙江9月選考科目試題 在 探究作用力與反作用力的關(guān)系 實驗中 某同學(xué)用兩個力傳感器進(jìn)行實驗 1 將兩個傳感器按圖3甲方式對拉 在計算機(jī)屏上顯示如圖乙所示 橫坐標(biāo)代表的物理量是 縱坐標(biāo)代表的物理量是 圖3 時間 t 力 F 2 多選 由圖乙可得到的實驗結(jié)論是 A 兩傳感器間的作用力與反作用力大小相等B 兩傳感器間的作用力與反作用力方向相同C 兩傳感器間的作用力與反作用力同時變化D 兩傳感器間的作用力與反作用力作用在同一物體上 1 如圖4所示 將兩彈簧測力計a b連接在一起 當(dāng)用力緩慢拉a彈簧測力計時 發(fā)現(xiàn)不管拉力F多大 a b兩彈簧測力計的示數(shù)總是相等 這個實驗說明 A 這是兩只完全相同的彈簧測力計B 彈力的大小與彈簧的形變量成正比C 作用力與反作用力大小相等 方向相反D 力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因 變式題組 解析 圖4 解析a b兩彈簧測力計的示數(shù)分別顯示b彈簧的拉力和a彈簧的拉力 這是一對作用力與反作用力 根據(jù)牛頓第三定律得知 它們的示數(shù)總是相等 說明作用力與反作用力大小相等 方向相反 與彈簧測力計無關(guān) 故兩只彈簧測力計不一定完全相同 故A錯誤 C正確 此實驗不能說明彈力的大小與彈簧的形變量成正比 故B錯誤 彈簧測力計的運(yùn)動沒有改變 故此實驗不能說明力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因 故D錯誤 1 實驗?zāi)康?實驗六研究平拋運(yùn)動 v0t 答案 3 實驗器材 以斜槽法為例 斜槽 帶小球 木板及豎直固定支架 白紙 圖釘 三角板 鉛筆 刻度尺 4 實驗步驟 1 按圖5甲所示安裝實驗裝置 使斜槽末端 小球在斜槽末端恰好靜止 圖5 答案 重垂線 水平 2 以水平槽末端端口上小球球心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)O 過O點(diǎn)畫出豎直的y軸和水平的x軸 3 使小球從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下 把筆尖放在小球可能經(jīng)過的位置上 如果小球運(yùn)動中碰到筆尖 就用鉛筆在該位置畫上一點(diǎn) 用同樣方法 在小球運(yùn)動路線上描下若干點(diǎn) 4 將白紙從木板上取下 從O點(diǎn)開始連接畫出的若干點(diǎn)描出一條平滑的曲線 如圖乙所示 圖5 5 實驗注意事項 答案 1 固定斜槽時 要保證斜槽末端的切線 保證小球的初速度水平 2 固定木板時 木板必須處在豎直平面內(nèi)且與小球運(yùn)動軌跡所在的豎直平面平行 固定時要用重垂線檢查坐標(biāo)紙豎線是否 3 小球每次從斜槽上的釋放 為此 可在斜槽上某一位置固定一個擋板 4 要在斜槽上適當(dāng)高度釋放小球 使它以適當(dāng)?shù)乃匠跛俣葤伋?其軌跡由木板左上角到達(dá)右下角 這樣可以減小測量誤差 5 坐標(biāo)原點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn) 應(yīng)是小球出槽口時球心在木板上的投影點(diǎn) 6 計算小球的初速度時 應(yīng)選距拋出點(diǎn)稍遠(yuǎn)一些的點(diǎn)為宜 以便于測量和計算 水平 豎直 同一位置由靜止 6 判斷平拋運(yùn)動的軌跡是不是拋物線 1 原理 若平拋運(yùn)動的軌跡是拋物線 則當(dāng)以拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系后 軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)具有y ax2的關(guān)系 且同一軌跡上a是一個特定的值 2 驗證方法方法一 代入法用刻度尺測量幾個點(diǎn)的x y坐標(biāo) 分別代入y ax2中求出常數(shù)a 看計算得到的a值在誤差范圍內(nèi)是否為一常數(shù) 方法二 圖象法建立y x2坐標(biāo)系 根據(jù)所測量的各個點(diǎn)的x y坐標(biāo)值分別計算出對應(yīng)y值的x2值 在y x2坐標(biāo)系中描點(diǎn) 連接各點(diǎn)看是否在一條直線上 并求出該直線的斜率即為a值 答案 7 計算平拋運(yùn)動的初速度 2 平拋軌跡殘缺 即無拋出點(diǎn) 如圖6所示 在軌跡上任取三點(diǎn)A B C 使A B間及B C間的水平距離相等 由平拋運(yùn)動的規(guī)律可知 A B間與B C間所用時間相等 設(shè)為t 則 h hBC hAB gt2 圖6 例2某校科技活動開展了關(guān)于平拋運(yùn)動的研究學(xué)習(xí) 1 學(xué)習(xí)小組甲為了探究影響平拋運(yùn)動水平射程的因素 某同學(xué)通過改變拋出點(diǎn)的高度及初速度的方法做了6次實驗 實驗數(shù)據(jù)記錄如下表 答案 若探究水平射程與初速度的關(guān)系 可用表中序號為 的三組實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 解析 1 2 3 解析探究影響平拋運(yùn)動水平射程的因素時 若探究水平射程和初速度的關(guān)系應(yīng)保持拋出點(diǎn)高度不變 可用1 2 3的三組數(shù)據(jù) 若探究水平射程與高度的關(guān)系 可用表中序號為 的三組實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 解析答案 解析若探究水平射程和高度的關(guān)系 應(yīng)保持初速度不變 可用表中序號為1 4 6的三組實驗數(shù)據(jù) 1 4 6 2 學(xué)習(xí)小組乙在探究平拋運(yùn)動的規(guī)律實驗時 將小球做平拋運(yùn)動 用頻閃照相機(jī)對準(zhǔn)方格背景照相 拍攝到了如圖7所示的照片 已知每個小方格邊長為9 8cm 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間 9 8m s2 若以拍攝的第一點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn) 水平向右和豎直向下為正方向 則沒有被拍攝到的小球位置坐標(biāo)為 圖7 答案 解析 58 8cm 58 8cm 解析根據(jù)平拋運(yùn)動的特點(diǎn) 水平方向的坐標(biāo)為3 2 9 8cm 58 8cm 豎直方向y 1 2 3 9 8cm 58 8cm 故沒有被拍攝到的小球位置坐標(biāo)為 58 8cm 58 8cm 小球平拋的初速度大小為 解析答案 1 96m s 解析答案 2 在 研究平拋運(yùn)動 的實驗中 小希同學(xué)采用如圖8所示的裝置來獲得平拋運(yùn)動的軌跡 1 為得到一條軌跡 需多次釋放小球 每次釋放小球的位置 填 相同 或 任意 變式題組 圖8 解析本實驗要通過多次重復(fù)平拋小球來記錄軌跡 所以每次的軌跡必須相同 因此要求每次將小球從軌道同一位置無初速度釋放 相同 2 為了測得小球離開斜槽末端時的速度 該同學(xué)需測量的物理量是 A 小球的質(zhì)量B 小球下落的時間C 斜槽末端距落點(diǎn)間的水平距離和豎直高度D 斜槽末端距釋放點(diǎn)間的水平距離和豎直高度 解析 實驗方案一1 實驗原理 實驗七探究做功與物體速度變化的關(guān)系 圖9 重物通過滑輪牽引小車 當(dāng)小車的質(zhì)量比重物的質(zhì)量大得多且摩擦力忽略不計時 可以把重物所受的當(dāng)作小車受到的牽引力 如圖9所示 答案 重力 改變重物的質(zhì)量或者改變小車運(yùn)動的 也就改變了牽引力做的功 從而探究牽引力做的功與小車獲得的速度間的關(guān)系 2 實驗器材小車 一端帶滑輪的長木板 砝碼 鉤碼 打點(diǎn)計時器 紙帶 等 3 實驗步驟 1 墊高木板不帶滑輪的一端 平衡 2 在小車中放入砝碼 把紙帶穿過打點(diǎn)計時器 連在小車后端 用細(xì)線繞過滑輪連接小車和鉤碼 距離 天平 刻度尺 摩擦力 答案 3 將小車停在打點(diǎn)計時器附近 先接通電源 再釋放小車 關(guān)閉打點(diǎn)計時器電源 4 改變鉤碼的數(shù)量 更換紙帶重復(fù)進(jìn)行操作 4 注意事項 1 實驗前必須首先平衡摩擦力 2 必須保證所懸掛鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車的重力 這時鉤碼重力才近似等于小車所受的合外力 5 數(shù)據(jù)處理 1 小車受到的合外力F 大小近似等于所掛鉤碼的重力mg 故用天平測出鉤碼的質(zhì)量m可求F mg 2 通過紙帶測小車的位移l 3 求出合力對小車做的功W Fl mgl 6 結(jié)論 研究W與v的關(guān)系 發(fā)現(xiàn)合力對小車做的功W與小車速度的平方成正比 即滿足W v2 實驗方案二1 實驗原理 如圖10所示 圖10 1 一根橡皮筋作用在小車上移動距離x 做功為W 2 兩根橡皮筋作用在小車上移動距離x 做功應(yīng)為 3 三根橡皮筋作用在小車上移動距離x 做功應(yīng)為 4 利用打點(diǎn)計時器求出小車離開橡皮筋的速度 列表 作圖 由圖象可以確定功與速度變化的關(guān)系 2 實驗器材 小車 木板 紙帶 鐵釘?shù)?答案 2W 3W 橡皮筋 打點(diǎn)計時器 刻度尺 3 實驗步驟 1 墊高木板的一端 平衡 2 拉伸的橡皮筋對小車做功 用一條橡皮筋拉小車 做功W 用兩條橡皮筋拉小車 做功2W 用三條橡皮筋拉小車 做功3W 3 測出每次做功后小車獲得的 4 分別用各次實驗測得的v和W繪制W v或W v2 W v3 圖象 直到明確得出W和v的關(guān)系 答案 摩擦力 速度 4 注意事項 1 將木板一端墊高 使小車的重力沿斜面向下的分力與平衡 方法是輕推小車 由打點(diǎn)計時器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否做運(yùn)動 找到長木板的一個合適的傾角 2 測小車速度時 應(yīng)選紙帶上的點(diǎn)均勻的部分 也就是選小車做 運(yùn)動的部分 3 橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的 力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可 不必計算出具體數(shù)值 4 小車質(zhì)量應(yīng)大一些 使紙帶上打的點(diǎn)多一些 答案 摩擦阻力 勻速 勻速 5 實驗探究的技巧與方法 1 不直接計算W和v的數(shù)值 而只是看第2次 第3次 實驗中的W和v是第1次的多少倍 簡化數(shù)據(jù)的測量和處理 2 做W v圖象 或W v2 W v3圖象 直到作出的圖象是一條傾斜的直線 6 實驗結(jié)論物體速度v與外力做功W間的關(guān)系 W與v2成正比 例3如圖11所示是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究做功與物體速度變化的關(guān)系的實驗 圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出 沿木板滑行的情形 這時 橡皮筋對小車做的功記為W 當(dāng)我們把2條 3條 完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次 第3次 實驗時 每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放 小車在每次實驗中獲得的速度由打點(diǎn)計時器所打點(diǎn)的紙帶測出 1 除了圖中的已給出的實驗器材外 還需要的器材有 圖11 解析答案 刻度尺 解析計算小車速度需要測量紙帶上的點(diǎn)的距離 要用刻度尺 2 平衡摩擦力后 每次實驗得到的紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的 為了測量小車獲得的速度 應(yīng)選用紙帶的 部分進(jìn)行測量 解析小車勻速運(yùn)動時 紙帶上的點(diǎn)的間隔均勻 點(diǎn)距均勻 解析答案 3 下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄表 請將第2次 第3次 實驗中橡皮筋做的功填寫在對應(yīng)的位置 2W3W4W5W 解析橡皮筋每增加一條 對小車做的功就增加W 解析答案 4 從理論上講 橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn 請你根據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在如圖12所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗證理論的正確性 解析答案 圖12 解析縱坐標(biāo)表示速度的平方 橫坐標(biāo)表示功 利用描點(diǎn)法描出各組數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn) 然后用平滑曲線連線作出 Wn圖象 如圖所示 答案見解析圖 3 某學(xué)習(xí)小組在 探究功與速度變化的關(guān)系 的實驗中采用了如圖13甲所示的實驗裝置 變式題組 圖13 解析答案 解析將滑塊輕置于氣墊導(dǎo)軌上 看其是否滑動 將滑塊置于氣墊導(dǎo)軌上 看輕推是否勻速運(yùn)動 1 將氣墊導(dǎo)軌接通氣泵 通過調(diào)平螺絲調(diào)整氣墊導(dǎo)軌使之水平 檢查是否調(diào)平的方法是 將滑塊輕置于氣墊導(dǎo)軌上 看其是否滑動 將滑塊置于氣墊導(dǎo)軌上 看輕推是否勻速運(yùn)動 2 如圖乙所示 游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度 d cm 實驗時 將橡皮條掛在滑塊的掛鉤上 向后拉伸一定的距離 并做好標(biāo)記 以保證每次拉伸的距離恒定 現(xiàn)測得掛一根橡皮條時 滑塊彈離橡皮條后 經(jīng)過光電門的時間為 t 則滑塊最后勻速運(yùn)動的速度表達(dá)式為v 用字母表示 解析答案 0 55 3 逐條增加橡皮條 記錄每次遮光條經(jīng)過光電門的時間 并計算出對應(yīng)的速度 則畫出的W v2圖象應(yīng)是 解析答案 一條過原點(diǎn)的直線 1 實驗原理 實驗八驗證機(jī)械能守恒定律 通過實驗 求出做自由落體運(yùn)動物體的重力勢能的減少量和相應(yīng)過程動能的增加量 若二者相等 說明守恒 從而驗證機(jī)械能守恒定律 2 實驗器材 電源 紙帶 復(fù)寫紙 重物 鐵架臺 帶鐵夾 導(dǎo)線兩根 如圖14所示 圖14 答案 機(jī)械能 打點(diǎn)計時器 刻度尺 3 實驗步驟 1 安裝器材 將固定在鐵架臺上 用導(dǎo)線將打點(diǎn)計時器與低壓電源相連 2 打紙帶用手豎直提起紙帶 使重物?？吭诖螯c(diǎn)計時器下方附近 先 再 讓重物自由下落 打點(diǎn)計時器就在紙帶上打出一系列的點(diǎn) 取下紙帶 換上新的紙帶重打幾條 3 5條 紙帶 答案 打點(diǎn)計時器 接通電源 松開紙帶 3 選紙帶 分兩種情況說明 若選第1點(diǎn)O到下落到某一點(diǎn)的過程 即用來驗證 應(yīng)選點(diǎn)跡清晰 且1 2兩點(diǎn)間距離小于或接近2mm的紙帶 用驗證時 由于重力勢能的相對性 處理紙帶時選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn) 這樣紙帶上打出的第1 2兩點(diǎn)間的距離是否小于或接近2mm就無關(guān)緊要了 答案 4 數(shù)據(jù)處理 g 答案 5 實驗結(jié)論 在的范圍內(nèi) 自由落體運(yùn)動過程機(jī)械能守恒 6 誤差分析 1 測量誤差 減小測量誤差的方法 一是測下落距離時都從O點(diǎn)量起 一次將各打點(diǎn)對應(yīng)下落高度測量完 二是多測幾次取平均值 2 系統(tǒng)誤差 由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功 故動能的增加量必定稍于重力勢能的減少量 Ep mghn 改進(jìn)辦法是調(diào)整安裝的器材 盡可能地減小 答案 誤差允許 小 阻力 7 注意事項 1 打點(diǎn)計時器要豎直 安裝打點(diǎn)計時器時要架穩(wěn) 使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi) 以減少 2 重物應(yīng)選用質(zhì)量大 體積小 密度大的材料 3 應(yīng)先接通電源 讓打點(diǎn)計時器正常工作 后松開紙帶讓重物下落 4 測長度 算速度 某時刻的瞬時速度的計算應(yīng)用vn 不能用vn 或vn gt來計算 答案 豎直 摩擦阻力 例4如圖15所示為驗證機(jī)械能守恒定律的實驗裝置示意圖 現(xiàn)有的器材為 帶鐵夾的鐵架臺 電磁打點(diǎn)計時器 紙帶 帶鐵夾的重錘 天平 回答下列問題 1 為完成此實驗 除了所給的器材 還需要的器材是 A 米尺B 秒表C 直流電源D 交流電源 解析 解析為完成此實驗 還需要測量長度的工具米尺 電磁打點(diǎn)計時器需要交流電源 圖15 2 下面列舉了該實驗的幾個操作步驟 其中操作不當(dāng)?shù)囊粋€步驟是 A 用天平測出重錘的質(zhì)量B 按照圖示的裝置安裝器件C 先釋放紙帶 后接通電源D 測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離 解析 解析操作不當(dāng)?shù)氖窍柔尫偶垘?后接通電源 3 利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值 根據(jù)打出的紙帶 選取紙帶上連續(xù)的五個點(diǎn)A B C D E 測出各點(diǎn)之間的距離如圖16所示 使用交流電的頻率為f 則計算重錘下落的加速度的表達(dá)式為a 用x1 x2 x3 x4及f表示 解析答案 圖16 解析 4 2016 4月浙江選考模擬 17 1 在下列學(xué)生實驗中 需要用到打點(diǎn)計時器的實驗有 填字母 A 探究求合力的方法 B 探究加速度與力 質(zhì)量的關(guān)系 C 探究做功與物體速度變化的關(guān)系 D 探究作用力與反作用力的關(guān)系 4 5 解析A需要彈簧秤 刻度尺 D與打點(diǎn)計時器無關(guān) 變式題組 解析 2 做 驗證機(jī)械能守恒定律 的實驗 已有鐵架臺 鐵夾 電源 紙帶 打點(diǎn)計時器 還必須選取的器材是圖中的 填字母 解析需要B重物 刻度尺D測量下落距離 為了減少摩擦帶來的影響 可以減少偶然誤差 某同學(xué)在實驗過程中 在重物的正下方地面鋪海綿 調(diào)整打點(diǎn)計時器的兩個限位孔連線為豎直 重復(fù)多次實驗 以上操作可減小實驗誤差的是 填序號 4 5 答案 5 用如圖17甲所示的裝置 驗證機(jī)械能守恒定律 的實驗 打點(diǎn)計時器接在頻率為f的交流電源上 從實驗中打出的幾條紙帶中選出一條理想紙帶 如圖乙所示 從第一個點(diǎn)O開始選取紙帶上打出的5個連續(xù)的點(diǎn)O A B C D 各點(diǎn)距起始點(diǎn)O的距離分別為x1 x2 x3 x4 已知重錘的質(zhì)量為m 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間 則從打下起始點(diǎn)O到打下C點(diǎn)的過程中 重錘重力勢能減少量的表達(dá)式為 重錘動能增加量的表達(dá)式為 均用題中所給字母表達(dá) 4 5 解析 圖17 mgx3 4 5