18学高中物理重难点强化练四实验综合问题粤教版218012337.doc
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重难点强化练(四)实验综合问题
1.如图1所示,用底部带孔的玻璃试管和弹簧可以组装一个简易“多功能实验器”,利用该实验器,一方面能测弹簧的劲度系数,另一方面可测量小球做平抛运动的初速度。
图1
(1)用该装置测量弹簧劲度系数k时需要读出几次操作时的________和________,然后由公式________求出k的平均值。
(2)使用该装置测量小球的初速度时,需要多次将弹簧的右端压到________(选填“同一”或“不同”)位置。
然后分别测出小球几次飞出后的________和________,再由公式________求出初速度的平均值。
解析:
(1)根据胡克定律F=kΔx,可得k=。
弹簧的劲度系数可由弹簧的伸长量(或压缩量)和弹力计算。
(2)物体做平抛运动时,水平方向上x=v0t,竖直方向上y=gt2,所以v0=x。
答案:
(1)弹簧测力计的示数F 弹簧的伸长量Δx k=
(2)同一 水平位移x 竖直高度y v0=x
2.图2是“研究平抛物体运动”的实验装置图,通过描点画出平抛小球的运动轨迹。
(1)以下是实验过程中的一些做法,其中合理的有________。
图2
a.安装斜槽轨道,使其末端保持水平
b.每次小球释放的初始位置可以任意选择
c.每次小球应从同一高度由静止释放
d.为描出小球的运动轨迹,描绘的点可以用折线连接
(2)实验得到平抛小球的运动轨迹,在轨迹上取一些点,以平抛起点O为坐标原点,测量它们的水平坐标x和竖直坐标y,下列yx2图像能说明平抛小球的运动轨迹为抛物线的是________。
(3)图3是某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹,
图3
O为平抛的起点,在轨迹上任取三点A、B、C,测得A、B两点竖直坐标y1为5.0cm、y2为45.0cm,A、B两点水平间距Δx为40.0cm,则平抛小球的初速度v0为________m/s,若C点的竖直坐标y3为60.0cm,则小球在C点的速度vc为________m/s(结果保留两位有效数字,g取10m/s2)。
解析:
(1)为了保证小球做平抛运动,实验中必须保证斜槽末端水平,为了保证每次做平抛运动的初速度相同,每次应该让小球从同一高度由静止释放,小球的运动轨迹应为平滑的曲线,因此a、c项合理。
(2)小球做平抛运动,水平位移x=v0t,竖直位移y=gt2,因此y=g2,yx2图像是一条过原点的直线,c项正确。
(3)由y=gt2得,t1==0.10s,t2==0.30s,因此小球平抛运动的初速度为v0==m/s=2.0m/s。
小球在C点时竖直方向的分速度vy3==m/s=2m/s,因此C点速度vC==4.0m/s。
答案:
(1)ac
(2)c (3)2.0 4.0
3.某探究学习小组验证动能定理的实验装置如图4所示。
图4
(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。
如果纸带上的点是均匀分布的,说明已经平衡了摩擦力,否则重新调节。
(2)打点计时器使用频率为50Hz的交流电,记录小车运动的纸带如图5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”或“加速度”)的值,其中小车通过计数点“B”时,该值=________(计算结果保留2位有效数字)。
图5
(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。
解析:
(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,让小车拖着纸带运动。
如果纸带上的点是均匀分布的,说明已经平衡了摩擦力,否则要重新调节。
(2)打点计时器使用频率为50Hz的交流电,即打点周期为0.02s,在纸带上相邻两计数点之间还有四个点未画出,即计数点间的时间间隔为0.1s,根据本实验的需要,要求动能的增量,即根据此纸带计算某点速度的值,其中小车通过计数点“B”时,该速度值为v===0.13m/s。
(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,需验证重力对钩码所做的功是否等于小车和钩码动能的增量。
答案:
(1)拖着
(2)速度 0.13m/s (3)小车和钩码
4.某同学用如图6甲所示的装置验证动能定理。
为了提高实验精度,该同学多次改变小滑块下落高度H的值,测出对应的平抛运动水平位移x,并算出x2如下表所示,进而画出x2H图线如图乙所示。
图6
滑块下落高度H
平抛水平位移x/cm
平抛水平位移的平方x2/cm2
h
5.5
30.25
2h
9.1
82.81
3h
11.7
136.89
4h
14.2
201.64
5h
15.9
252.81
6h
17.6
309.76
7h
19.0
361.00
8h
20.6
424.36
9h
21.7
470.89
(1)原理分析:
若滑块在下滑过程中所受阻力很小,则只要满足________________,便可验证动能定理。
(2)实验结果分析:
实验中获得的图线未过坐标原点,而交在了大约(0.2h,0)处,原因是________________。
解析:
(1)若滑块在下滑过程中所受阻力很小,由动能定理,mgH=mv02,根据平抛运动规律,x=v0t,h=gt2,显然x2与H成正比,即只要测量量满足x2与H成正比,便可验证动能定理。
(2)实验中获得的图线未过坐标原点,而交在了大约(0.2h,0)处,原因是滑块需要克服阻力做功。
答案:
(1)x2与H成正比
(2)滑块需要克服阻力做功
5.“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用图7所示的甲或乙方案来进行。
图7
(1)比较这两种方案,________(填“甲”或“乙”)方案好些。
(2)该同学开始实验时情形如图丙所示,接通电源释放纸带。
请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方:
①________________;②________________。
(3)该实验中得到一条纸带,且测得每两个计数点间的距离如图丁中所示。
已知相邻两个计数点之间的时间间隔T=0.1s。
则物体运动的加速度a=________;该纸带是采用________(填“甲”或“乙”)实验方案得到的。
解析:
由Δx=aT2,利用逐差法得到物体运动的加速度a=4.8m/s2。
若用自由落体实验测得物体运动的加速度a应该接近10m/s2,所以该纸带是采用“乙”实验方案得到的。
答案:
(1)甲
(2)①打点计时器接了直流电源 ②重物离打点计时器太远 (3)4.8m/s2 乙
6.在用落体法验证机械能守恒定律时,某小组按照正确的操作选得纸带如图8所示。
其中O是起始点,A、B、C是打点计时器连续打下的3个点。
用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,并记录在图中。
(已知当地的重力加速度g=9.80m/s2,重锤质量为m=1kg,计算结果均保留3位有效数字)
图8
(1)图中的三个测量数据中不符合有效数字读数要求的是________段的读数,应记作________cm。
(2)甲同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒,他用AC段的平均速度作为B点对应的瞬时速度vB,则求得该过程中重锤的动能增加量ΔEk=________J,重力势能的减少量ΔEp=________J。
这样验证的系统误差总是使ΔEk________ΔEp(选填“>”“<”或“=”)。
(3)乙同学根据同一条纸带,同一组数据,也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒,将打点计时器打下的第一个点O记为第1个点,图中的B是打点计时器打下的第9个点。
因此他用v=gt计算与B点对应的瞬时速度vB,求得动能的增加量ΔEk=________J。
这样验证的系统误差总是使ΔEk________ΔEp(选填“>”“<”或“=”)。
(4)上述两种处理方法中,你认为合理的是________同学所采用的方法。
(选填“甲”或“乙”)
解析:
(1)毫米刻度尺读数要估读到毫米下一位,OC长度读数到1毫米,不符合读数要求。
应记作15.70cm。
(2)AC段的平均速度即B点瞬时速度vB===1.55m/s,则系统增加的动能ΔEk=mvB2≈1.20J,重力势能减少了ΔEp=mg≈1.22J,由于摩擦力的作用,部分重力势能转化为内能,所以ΔEk<ΔEp。
(3)B是打点计时器打下的第9个点,所以B点的速度vB=gt=g×8×0.02s=1.57m/s,动能的增加量ΔEk=mvB2≈1.23J。
这样做把加速度按照自由落体计算,没有考虑摩擦力的作用,而实际上,由于摩擦力的作用,加速度a
(4)乙方案中直接把加速度按照重力加速度计算,不符合事实,而且误差大,所以合理的是甲方案。
答案:
(1)OC 15.70
(2)1.20 1.22 < (3)1.23 > (4)甲
7.利用气垫导轨装置验证机械能守恒定律时,先非常仔细地把导轨调成水平,然后如图9所示用垫块把导轨一端垫高H,滑块m上面装l=3cm的挡光框,使它由轨道上端任一处滑下,测出它通过光电门G1和G2的时间Δt1和Δt2,就可以算出它通过G1和G2时的速度v1和v2,就可以算出它由G1到G2这段过程中动能的增加量ΔEk=m(v22-v12),再算出重力势能的减少量ΔEp=mgh,比较ΔEk与ΔEp的大小,便可验证机械能是否守恒。
图9
(1)滑块的速度v1、v2如何求出?
滑块通过G1时的高度h如何求出?
(2)若测得图中L=1m,x=0.5m,H=20cm,m=500g,滑块通过G1和G2的时间分别为5.0×10-2s和2.0×10-2s,当地的重力加速度g为9.80m/s2,试判断机械能是否守恒。
解析:
(1)因为挡光框的宽度很小,即l=3cm,而滑块通过光电门的时间极短,故可以认为滑块通过光电门时做匀速直线运动,则通过两光电门时的平均速度就等于通过G1和G2两位置时的瞬时速度,v1=,v2=;由几何相似原理可知=,求得h=x,H、L、x都是事先设定的。
(2)由
(1)可知v1==m/s=0.6m/s,v2==m/s=1.5m/s,h=x=×0.5m=0.1m。
动能增加量ΔEk=m(v22-v12)=×0.5×(1.52-0.62)J≈0.473J。
重力势能减少量ΔEp=mgh=0.5×9.80×0.1J=0.490J。
在误差允许的范围内,可认为机械能守恒。
答案:
见解析
7
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