高中物理必修12力学实验习题简析.docx
- 文档编号:1877128
- 上传时间:2023-05-02
- 格式:DOCX
- 页数:33
- 大小:316.95KB
高中物理必修12力学实验习题简析.docx
《高中物理必修12力学实验习题简析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中物理必修12力学实验习题简析.docx(33页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
高中物理必修12力学实验习题简析
高中物理(必修1、2)力学实验习题简析
实验一:
研究匀变速直线运动
1.“研究匀变速直线运动”的实验中,使用电磁式打点计时器(所用交流电的频率为50Hz),得到如下图所示的纸带.图中的点为计数点,相邻两计数点间还有四个点未画出来,下列表述正确的是( )
A.实验时应先放开纸带再接通电源
B.(x6-x1)等于(x2-x1)的6倍
C.从纸带可求出计数点B对应的速率
D.相邻两个计数点间的时间间隔为0.02s
【答案】C
【解析】中间时刻瞬时速度等于全程的平均速度,所以vB=
,所以C正确,x6-x1=5(x2-x1),所以B错误,相邻计数点间的时间间隔是0.1s,D错误,按照实验要求应该先开通电源再放开纸带,所以A错误.
2.(2010·广东理综)下图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带.
(1)已知打点计时器电源频率为50Hz,则纸带上打相邻两点的时间间隔为________.
(2)A、B、C、D是纸带上四个计数点,每两个相邻计数点间有四个点没有画出,从图中读出A、B两点间距x=________:
C点对应的速度是________(计算结果保留三位有效数字).
【答案】
(1)0.02s
(2)0.68~0.72cm 0.100m/s
【解析】
(1)打点计时器频率为50Hz,周期T=
=0.02s,故打相邻两点的时间间隔为0.02s;
(2)两相邻计数点间的时间间隔为T=0.02×5s=0.1s,由图读出x=7.0mm=0.70cm.C点对应速度vC=
=
cm/s=0.100m/s.
3.某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时,打点计时器所用电源的频率是50Hz,在实验中得到一条点迹清晰的纸带,他把某一点记作O,再选依次相邻的6个点作为测量点,分别标以A、B、C、D、E和F,如下图所示.
(1)如果测得C、D两点相距2.70cm,D、E两点相距2.90cm,则在打D点时小车的速度是________m/s.
(2)该同学分别算出打各点时小车的速度,然后根据数据在v-t坐标系中描点(如图所示),由此可求得小车的加速度a=________m/s2.
【答案】
(1)1.40
(2)5.00
【解析】
(1)根据匀变速直线运动的规律,打D点的速度等于CE段的平均速度,即vD=
=
m/s=1.40m/s.
(2)根据描点作一条过原点的直线,直线的斜率即为小车的加速度.图象如图所示,求出加速度为5.00m/s2.
4.(2010·重庆卷)某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度,电源频率f=50Hz.在纸带上打出的点中,选出零点,每隔4个点取1个计数点,因保存不当,纸带被污染,如下图所示,A、B、C、D是依次排列的4个计数点,仅能读出其中3个计数点到零点的距离;xA=16.6mm,xB=126.5mm,xD=624.5mm.
若无法再做实验,可由以上信息推知:
(1)相邻两计数点的时间间隔为________s;
(2)打C点时物体的速度大小为________m/s(取2位有效数字);
(3)物体的加速度大小为________(用xA、xB、xD和f表示).
【答案】
(1)0.1
(2)2.5 (3)
f2
【解析】
(1)因相邻的两计数点间还有4个计时点,故t=5T=0.1s.
(2)由匀变速直线运动的特点可知:
vC=
=
×10-3=2.5m/s.
(3)设xB-xA=x1,xC-xB=x2,xD-xC=x3,则x3-x1=2at2,x2-x1=at2,即x3+x2-2x1=3at2,t=5T=
,故xD-3xB+2xA=
,所以a=
.
5.(2011·南通市高三测试)某同学利用打点计时器探究小车速度随时间变化的关系,所用交流电的频率为50Hz,下图为某次实验中得到的一条纸带的一部分,0、1、2、3、4、5、6、7为计数点,相邻两计数点间还有3个打点未画出.从纸带上测出x1=3.20cm,x2=4.74cm,x3=6.40cm,x4=8.02cm,x5=9.64cm,x6=11.28cm,x7=12.84cm.
(1)请通过计算,在下表空格内填入合适的数据(计算结果保留三位有效数字);
计数点
1
2
3
4
5
6
各计数点的
速度/(m·s-1)
0.50
0.70
0.90
1.10
1.51
(2)根据表中数据,在所给的坐标系中作出v-t图象(以0计数点作为计时起点);由图象可得,小车运动的加速度大小为________m/s2.
【答案】
(1)1.31
(2)图象略 2.4~2.6m/s2
【解析】
(1)5点的速度利用平均速度替代,即v=
,这里T=0.08s,代入数据算得v5=1.31m/s.
(2)描点画图象,由速度图象找到斜率即为加速度.a=2.5m/s2.
6.光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如下图(a)所示,a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当有物体从a、b间通过时,光电计时器就可以精确地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录下来.现利用图(b)所示的装置测量滑块和长木板间的动摩擦因数,图中MN是水平桌面,Q是长木板与桌面的接触点,1和2是固定在长木板上适当位置的两个光电门,与之连接的两个光电计时器没有画出,长木板顶端P点悬有一铅锤,实验时,让滑块从长木板的顶端滑下,光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为1.0×10-2s和4.0×10-3s.用精度为0.05mm的游标卡尺测量滑块的宽度为d,其示数如图(c)所示.
(1)滑块的宽度d=________cm.
(2)滑块通过光电门1时的速度v1=________m/s,滑块通过光电门2时的速度v2=________m/s.(结果保留两位有效数字)
(3)由此测得的瞬时速度v1和v2只是一个近似值,它们实质上是通过光电门1和2时的________,要使瞬时速度的测量值更接近于真实值,可将________的宽度减小一些.
【答案】
(1)1.010
(2)1.0 2.5 (3)平均速度 滑块
【解析】
(1)d=10mm+0.05mm×2=10.10mm=1.010cm
(2)v1=
=
m/s=1.0m/s
v2=
=
m/s=2.5m/s
(3)v1、v2实质上是通过光电门1和2时的平均速度,要使瞬时速度的测量值更接近于真实值,可将滑块的宽度减小一些.
实验二:
探究弹力和弹簧伸长的关系
1.一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中,使用两条不同的轻质弹簧a和b,得到弹力与弹簧长度的图象如右图所示.下列表述正确的是( )
A.a的原长比b的长
B.a的劲度系数比b的大
C.a的劲度系数比b的小
D.测得的弹力与弹簧的长度成正比
【答案】B
【解析】图象的横轴截距表示弹簧的长度,A错误,图象的斜率表示弹簧的劲度系数,B正确,C错误,图象不过原点,D错误.
2.(2010·福建理综)某实验小组研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系.实验时,将原长约200mm的橡皮筋上端固定,在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码(质量均为20g),每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量;当挂上10只钩码后,再逐一把钩码取下,每取下一只钩码,也记下对应的橡皮筋伸长量.根据测量数据,作出增挂钩码和减挂钩码时的橡皮筋伸长量Δl与拉力F关系的图象如图所示.从图象中可以得出________.(填选项前的字母)
A.增挂钩码时Δl与F成正比,而减挂钩码时Δl与F不成正比
B.当所挂钩码数相同时,增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的大
C.当所挂钩码数相同时,增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减挂钩码时的相等
D.增挂钩码时所挂钩码数过多,导致橡皮筋超出弹性限度
【答案】D
【解析】由图象可以看出,图线呈非线性关系,说明所挂钩码已使橡皮筋的形变超出弹性限度.
3.
(1)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验中,以下说法正确的是( )
A.弹簧被拉伸时,不能超出它的弹性限度
B.用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力,应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态
C.用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量
D.用几个不同的弹簧,分别测出几组拉力与伸长量,得出拉力与伸长量之比相等
(2)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验,他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长,用直尺测出弹簧的原长L0,再把弹簧竖直悬挂起来,挂上砝码后测出弹簧伸长后的长度L,把(L-L0)作为弹簧的伸长量x.这样操作,由于弹簧自身重力的影响,最后画出的图线可能是下图所示图象中的( )
【答案】
(1)AB
(2)C
【解析】本题主要考查使用弹簧时应注意的问题,用图象法来描述弹簧的弹力与其伸长量间的关系.
(1)本实验中应以需要研究的一根弹簧为实验对象,在弹性限度内通过增减砝码的数目,以改变对弹簧的拉力,来探索弹力与弹簧的伸长量的关系,所以选A、B.
(2)由于考虑弹簧自身重力的影响,当不挂钩码时,弹簧的伸长量x≠0,选C.
4.某同学在做研究弹簧的形变与外力的关系实验时,将一轻弹簧竖直悬挂让其自然下垂,测出其自然长度;然后在其下部施加外力F,测出弹簧的总长度L,改变外力F的大小,测出几组数据,作出外力F与弹簧总长度L的关系图线如图所示.(实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的)
由图可知该弹簧的自然长度为________cm;该弹簧的劲度系数为________N/m.
【答案】10 50
【解析】由图象可知F=0时,L0=10cm,即自然长度为10cm,根据F=k·ΔL,k=
=
N/m=50N/m.
5.在“探究弹力和弹簧伸长的关系,并测定弹簧的劲度系数”的实验中,实验装置如右图所示.所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力.实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测出相应的弹簧总长度.
(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图中,请作出F-L图线.
(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0=________cm,劲度系数k=________N/m.
(3)试根据以上该同学的实验情况,请你帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)
(4)该同学实验时,把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较.
优点在于:
__________________________________________________________.
缺点在于:
____________________________________.
【答案】
(1)如图
(2)5 20
(3)记录数据的表格如下表:
次数
1
2
3
4
5
6
弹力F/N
弹簧的长度L/×10-2m
(4)优点是:
避免弹簧自身所受重力对实验的影响;
缺点是:
弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差.
【解析】
(1)用平滑的曲线将各点连接起来,如下图所示:
(2)弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度,由图象知,L0=5×10-2m=5cm.
劲度系数为图象直线部分的斜率,k=20N/m.
实验三:
验证力的平行四边形定则
1.在做“验证力的平行四边形定则”实验时,橡皮条的一端固定在木板上,用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点,以下操作错误的是( )
A.同一次实验过程中,O点位置允许变动
B.实验中,弹簧测力计必须保持与木板平行,读数时视线要正对弹簧测力计的刻度
C.实验中,先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程,然后只需调节另一个弹簧测力计拉力的大小和方向,把橡皮条另一端拉到O点
D.实验中,把橡皮条的另一端拉到O点时,两个弹簧测力计之间的夹角应取90°,以便于算出合力的大小
【答案】ACD
【解析】实验中有严格的要求:
(1)结点O不允许移动.
(2)弹簧测力计不要达到最大量程,因为一个达到最大,另一个将不好调整.
(3)两个弹簧测力计的拉力夹角不易过大,也不易过小,取90°也可以,并不是必须取90°.
2.在“验证力的平行四边形定则”实验中,需要将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套(如右图所示).实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套,并互成角度地拉橡皮条.某同学认为在此过程中必须注意以下几项:
A.两根细绳必须等长
B.橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上
C.在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行
其中正确的是________.(填入相应的字母)
【答案】C
【解析】该实验验证两个分力的效果等效于其合力的效果,不必要求两分力等大,故B错;与两绳长短无关,A错;但需使两分力与合力在同一平面内,C正确.
3.图甲为“探究求合力的方法”的实验装置.
(1)下列说法中正确的是________.
A.在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中,橡皮条结点O的位置不能变化
B.弹簧测力计拉细线时,拉力方向必须竖直向下
C.F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程
D.为减小测量误差,F1、F2方向间夹角应为90°
(2)弹簧测力计的指针如图乙所示,由图可知拉力的大小为________N.
【答案】
(1)AC
(2)4.00
【解析】
(1)在测量同一组数据的过程中,橡皮条结点O的位置不能变化,如果变化,即受力变化,所以A选项正确;由于弹簧测力计是通过定滑轮拉结点O,定滑轮只能改变力的方向不能改变力的大小,所以弹簧测力计拉线的方向不一定要沿竖直方向,B选项错误;弹簧测力计的使用,不能超过其量程,C选项正确;两个拉力的方向合适即可,不宜太大,也不宜太小,但不一定为90°,所以D选项错误.
(2)考查弹簧测力计的读数.
4.(2010·天津理综)在探究求合力的方法时,先将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上带有绳套的两根细绳.实验时,需要两次拉伸橡皮条,一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条,另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条.
(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中,下列哪些说法是正确的________(填字母代号).
A.将橡皮条拉伸相同长度即可
B.将橡皮条沿相同方向拉到相同长度
C.将弹簧秤都拉伸到相同刻度
D.将橡皮条和绳的结点拉到相同位置
(2)同学们在操作过程中有如下议论,其中对减小实验误差有益的说法是________(填字母代号).
A.两细绳必须等长
B.弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行
C.用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大
D.拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些
【答案】
(1)BD
(2)BD
【解析】
(1)该实验的关键是等效替代,选B、D.
5.有同学利用如右图所示的装置来验证力的平行四边形定则:
在竖直木板上铺有白纸,固定两个光滑的滑轮A和B,将绳子打一个结点O,每个钩码的重量相等,当系统达到平衡时,根据钩码个数读出三根绳子的拉力FTOA、FTOB和FTOC,回答下列问题:
(1)改变钩码个数,实验能完成的是( )
A.钩码的个数N1=N2=2,N3=4
B.钩码的个数N1=N3=3,N2=4
C.钩码的个数N1=N2=N3=4
D.钩码的个数N1=3,N2=4,N3=5
(2)在拆下钩码和绳子前,最重要的一个步骤是( )
A.标记结点O的位置,并记录OA、OB、OC三段绳子的方向
B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度
C.用量角器量出三段绳子之间的夹角
D.用天平测出钩码的质量
(3)在作图时,你认为下图中正确的是(填“A”或“B”)( )
【答案】
(1)BCD
(2)A (3)A 实验中F3是竖直向下的
【解析】
(1)实验中的分力与合力的关系必须满足:
|F1-F2| (2)A (3)A 实验中F3是竖直向下的. 6.“验证力的平行四边形定则”实验中 (1)部分实验步骤如下,请完成有关内容: A.将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上,另一端绑上两根细线. B.在其中一根细线挂上5个质量相等的钩码,使橡皮筋拉伸,如图甲所示,记录: ________、________、________. C.将步骤B中的钩码取下,分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码,用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度,如图乙所示,小心调整B、C的位置,使______________________,记录______________________________. (2)如果“力的平行四边形定则”得到验证,那么图乙中 =________. 【答案】 (1)B.钩码个数(或细线拉力) 橡皮筋与细线结点的位置O 细线的方向(说明: 能反映细线方向的其他记录也可以) C.橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点位置重合 钩码个数和对应的细线方向 (2) 【解析】本题考查力的平行四边形定则.几个重点: (1)等效性: 合力和分力的效果要相同,所以在实验中橡皮筋结点每一次都到同一位置. (2)记录合力的大小和方向.本实验通过钩码个数计算力的大小,力的方向由橡皮筋上取两点连线. 实验四: 验证牛顿运动定律 1.在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿运动定律”的实验时,下列说法中正确的是( ) A.平衡摩擦力时,应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上 B.连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行 C.平衡摩擦力后,长木板的位置不能移动 D.小车释放前应靠近打点计时器,且应先接通电源再释放小车 【答案】BCD 【解析】本题考查实验过程中应注意的事项,选项A中平衡摩擦力时,不能将砝码盘及盘内砝码(或小桶)通过细绳拴在小车上,A错;选项B、C、D符合正确的操作方法,B、C、D对. 2.(2011·南通质检)“验证牛顿运动定律”的实验,主要的步骤有: A.将一端附有定滑轮的长木板放在水平桌面上,取两个质量相等的小车,放在光滑的水平长木板上 B.打开夹子,让两个小车同时从静止开始运动,小车运动一段距离后,夹上夹子,让它们同时停下来,用刻度尺分别测出两个小车在这一段时间内通过的位移大小 C.分析所得到的两个小车在相同时间内通过的位移大小与小车所受的水平拉力的大小关系,从而得到质量相等的物体运动的加速度与物体所受作用力大小的关系 D.在小车的后端也分别系上细绳,用一只夹子夹住这两根细绳 E.在小车的前端分别系上细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘内分别放着数目不等的砝码,使砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量.分别用天平测出两个砝码盘和盘内砝码的总质量 上述实验步骤,正确的排列顺序是________. 【答案】AEDBC 【解析】此题考查的是实验步骤,对于实验的一些常识,必须牢记于心,结合本实验的实验步骤,不难排列出正确的顺序. 3.用如下图所示的装置来探究物体的加速度与力、质量的关系.实验时,小盘和砝码牵引小车,使小车做初速度为零的匀加速运动. (1)此实验中可以不测量加速度的具体值,原因是______________________. (2)通过改变________,就可以改变小车所受的合力. (3)在探究加速度与质量关系时,分别以________为纵坐标、________为横坐标作图象,这样就能直观地看出二者关系. 【答案】 (1)探究的是加速度与其他量之间的比例关系(其他解答只要合理就给分.如: 初速度为零的匀加速运动,在相同的时间内,位移与加速度成正比) (2)砝码的数量 (3)a (或a) 4.在探究物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系时,采用如下图所示的实验装置.小车及车中的砝码质量用M表示,盘及盘中的砝码质量用m表示. (1)当M与m的大小关系满足________时,才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力. (2)某一组同学先保持盘及盘中的砝码质量m一定来做实验,其具体操作步骤如下,以下做法正确的是________. A.平衡摩擦力时,应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上 B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力 C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器的电源 D.用天平测出m以及小车质量M,小车运动的加速度可直接用公式a= 求出 (3)另两组同学保持小车及车中的砝码质量M一定,探究加速度a与所受外力F的关系,由于他们操作不当,这两组同学得到的a-F关系图象分别如图1和图2所示,其原因分别是: 图1: ___________________________________________________________; 图2: __________________________________________________________. 【答案】 (1)m≪M (2)B (3)m过大(或M过小),造成m不是远小于M 没有平衡摩擦力或木板的倾角过小 【解析】 (1)实验中的实际加速度为a= ,实验时把mg当成对M的拉力,即忽略m对加速度的影响,使加速度约为a= ,显然需m≪M. (2)平衡摩擦力的实质是,让重力的下滑分力Mgsinθ=μMgcosθ……①,只需将纸带挂上,不需施加其他外力,A错;由①式可知B对;每次实验时应先接通打点计时器的电源,再放开小车,C错;小车的加速度应由小车后面拖动的纸带上打出的点计算出,D错. (3)若m≪M则a= mg,斜率 基本不变,若m过大(或M过小),则m不能忽略,a= mg,随m的增大斜率 减小;从图2可以看到,有了一定的拉力而加速度为零,显然摩擦力还没有完全平衡掉. 5.(2010·山东理综)某同学设计了如下图所示的装置来探究加速度与力的关系.弹簧秤固定在一合适的木板上,桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮,细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接.在桌面上画出两条平行线MN、PQ,并测出间距d.开始时将木板置于MN处,现缓慢向瓶中加水,直到木板刚刚开始运动为止,记下弹簧秤的示数F0,以此表示滑动摩擦力的大小.再将木板放回原处并按住,继续向瓶中加水后,记下弹簧秤的示数F1,然后释放木板,并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t. (1)木板的加速度可以用d、t表示为a=________;为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可)______. (2)改变瓶中水的质量重复实验,确定加速度a与弹簧秤示数F1的关系.下列图象能表示该同学实验结果的是________. (3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比,它的优点是________. a.可以改变滑动摩擦力的大小 b.可以更方便地获取多组实验数据 c.可以比较精确地测出摩擦力的大小 d.可以获得更大的加速度以提高实验精度 【答案】 (1) 多次测量时间t,取t的平均值 (2)c (3)bc 【解析】 (1)木板做初速度为零的匀加速直线运动,其位移d= at2,加速度a= .为了减小偶然误差,可多次测量时间t,取t的平均值. (2)当F1<F0时,木块不动,加速度为零,a、b均错;当F1>F0时,木板开始运动,但F1并非绳子的拉力而是瓶和水的总重力,只有当瓶和水的质量远小于木板和弹簧秤的质量时,F1才可近似等于绳子拉力,此时a-F1图线为一段倾斜的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高中物理 必修 12 力学 实验 习题