18 力学实验

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1. 在测定匀变速直线运动的加速度实验中，得到一条纸带如图1. [A、B、C、D、E、F]为相邻的6个计数点，若相邻计数点的时间间隔为0.1s，则粗测小车的加速度大小为 m/s2.

2. 图2是某同学测量匀变速直线运动的加速度时，从若干纸带中选中的一条纸带的一部分，他每隔4个点取一个计数点，图上注明了他对各个计数点间距离的测量结果. （单位：cm）

图2

（1）为了验证小车的运动是匀变速运动，请进行下列计算，填入表内. （单位：cm）

各位移差与平均值最多相差 cm，即各位移差与平均值最多相差 %. 由此可得出结论：小车在任意两个连续相等 的位移之差，在 范围内相等，所以小车的运动是 .

（2）根据[a=xn-xn-33T2]，可以求出：[a1=x4-x13T2=] m/s2，[a2=x5-x23T2=] m/s2，[a3=x6-x33T2=] m/s2，所以[a=a1+a2+a33] m/s2.

3. 一同学在做“研究匀变速直线运动”实验时打出纸带如图3，舍去前面较密集的点，取[O]为起始位置，每隔五个间隔为一个计数点，则在[A、B、C]三个计数点处的瞬时速度分别为[vA=] ，[vB=] ，[vC=] （图中刻度尺的最小刻度为mm），整个运动中的平均速度是 .

4. 一个小球沿斜面向下运动，用每隔（1/10）s曝光一次的频闪相机拍摄不同时刻小球位置的照片，如图4.

即照片上出现的相邻两个小球的像之间的时间间隔为（1/10）s，测得小球在几个连续相等时间内位移数据见下表：

（1）小球在相邻的相等时间内的位移差 （填“相等”或“不相等”），小球运动的性质属 直线运动.

（2）甲、乙两同学计算小球加速度的方法如下：

甲同学：[a1=（x2-x1）T2]，[a2=（x3-x2）T2]，

[a3=（x4-x3）T2][=（a1+a2+a3）3].

乙同学：[a1=（x3-x1）2T2]，[a2=（x4-x3）2T2][=a1+a22].

你认为甲、乙两位同学中计算方法更准确的是 ，加速度值为 .

5. 某同学在家中尝试验证平行四边形[图5]定则，他找到三条相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子[A、B]上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为[O]，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物. 如图5.

（1）为完成该实验，下述操作中必需的是 .

a. 测量细绳的长度

b. 测量橡皮筋的原长

c. 测量悬挂重物后橡皮筋的长度

d. 记录悬挂重物后结点[O]的位置

（2）钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是 .

6. 通过“探究弹簧弹力与弹簧伸长量之间的关系”实验，我们知道：在弹性限度内，弹簧弹力[F]与形变量[x]成正比，并且不同弹簧，其劲度系数也不同. 某中学的探究学习小组从资料中查到：弹簧的劲度系数与弹簧的材料和形状有关. 该学习小组想研究弹簧的劲度系数与弹簧原长的关系，现有[A，B，C，D]四根材料和粗细完全相同仅长度不同的弹簧.

（1）学习小组的同学们经过思考和理论推导，各自提出了自己的看法，其中甲同学认为弹簧的劲度系数可能与弹簧长度成正比，乙同学认为弹簧的劲度系数可能与弹簧原长成反比，对甲、乙的看法，你认为正确的是 （填“甲”或“乙”），就这一环节而言，属于科学探究中的哪个环节 （填序号）.

A. 分析与论证

B. 进行实验与收集证据

C. 猜想与假设

D. 制定计划与设计实验

（2）为验证甲、乙谁的看法正确，可通过实验完成，实验器材除上述弹簧和已知质量的几个钩码外，还需要的实验器材是 .

（3）探究学习小组进行实验记录的数据如下表.

（[g]=10m/s2）

请完成上表，从中得出的结论为： .

7. 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

8. 某同学用图6甲的装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验. 他先测出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上砝码，并逐个增加砝码，测出指针所指的标尺刻度，所得数据如下表：（重力加速度[g]取9.8m/s2）

[砝码质量

（1）根据所测数据，在图6乙中作出弹簧指针所指的标尺刻度[x]与砝码质量[m]的关系曲线.

（2）根据所测得的数据和关系曲线可判断，在 N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律. 这种规格的弹簧劲度系数为 N/m.

图6

9. 同打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图7甲，[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，光电计时器就可以显示物体的挡光时间.

现利用图7乙的装置研究滑块的运动情况，图中[MN]是水平桌面，[Q]是木板与桌面的接触点，1和2是固定在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，让滑块从木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为5.0×10-2s和2.0×10-2s. 用游标卡尺测量小滑块的宽度[d]，卡尺示数如图丙.

（1）读出滑块的宽度[d=] cm.

（2）滑块通过光电门1的速度[v1=] m/s，滑块通过光电门2的速度[v2=] m/s.（保留两位有效数字）

（3）若提供一把米尺，测出两个光电门之间的距离1m，则滑块运动的加速度为 .

10. 某同学用图8的装置测定重力加速度：

图8

（1）电火花计时器的工作电压为 ，频率为 .

（2）打出的纸带如图9，实验时纸带的 端应和重物相连接（填“甲”或“乙”）.

图9

（3）纸带上1至9各点为计时点，由纸带所示数据可算出实验时的加速度为 m/s2.

（4）当地的重力加速度数值为9.8m/s2，请列出测量值与当地重力加速度的值有差异的一个原因 .

11. 在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”活动中，某学习小组设计了图10的实验装置. 图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，将砝码和砝码盘的总重作为小车所受合外力，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，并同时停止. [图10]

（1）本实验可通过比较两小车的位移来比较两小车的加速度大小，请写出比较的依据 .

（2）在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使 ；在实验时，为减小误差，应使砝码盘和砝码的总质量 小车的质量（填“远大于”“远小于”或“等于”）.

（3）在一次实验中获得数据如下表：（小车Ⅰ、Ⅱ的质量[m]均为200g）

通过分析，可知表中第 次实验数据存在明显错误，应舍弃.

12. 在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图11，并在其上取了[A、B、C、D、E、F、G]7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出，电火花计时器接220V、 50Hz交流电源. 他经过测量并计算得到电火花计时器在打[B、C、D、E、F]各点时物体的瞬时速度如下表：

（1）设电火花计时器的周期为[T]，计算[vF]的公式为[vF=] ；

（2）根据（1）中得到的数据，以[A]点对应的时刻为[t=0]，试在坐标系中合理选择好标度，作出[v-t]图象，利用该图象求物体的加速度[a=] m/s2；

（3）如果当时电网中交变电流的电压变成210V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比 （填“偏大”“偏小”或“不变”）.

13. 某同学用图12的实验装置来验证“力的平行四边形定则”. 弹簧测力计[A]挂于固定点[P]，下端用细线挂一重物[M]. 弹簧测力计[B]的一端用细线系于[O]点，手持另一端向左拉，使结点[O]静止在某位置. 分别读出弹簧测力计[A]和[B]的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录[O]点的位置和拉线的方向.

（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为[N]，图中[A]的示数为 N.

（2）下列不必要的实验要求是 . （填写选项前对应的字母）

A. 应测量重物[M]所受的重力

B. 弹簧测力计应在使用前校零

C. 拉线方向应与木板平面平行

D. 改变拉力，进行多次实验，每次都要使[O]点静止在同一位置

14. 某同学设计了一个探究加速度[a]与物体所受合力[F]及质量[m]关系的实验，如图13，甲为实验装置简图. （交流电的频率为50Hz）

[单位：cm][纸带运动方向][砂桶][电源插头][电火花

计时器][纸带][小车][甲乙]

图13

（1）图13为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s2. （保留两位有效数字）

（2）保持砂和小砂桶质量不变[1m]，改变小车质量[m]，分别得到小车加速度[a]与质量[m]及对应的[1m]. 数据如下表：

[实验次数＼&1＼&2＼&3＼&4＼&5＼&6＼&7＼&8＼&小车加速度[a]/（m・s-2）＼&1.90＼&1.72＼&1.49＼&1.25＼&1.00＼&0.75＼&0.50＼&0.30＼&小车质量[m]/kg＼&0.25＼&0.29＼&0.33＼&0.40＼&0.50＼&0.71＼&1.00＼&1.67＼&[1m]/kg-1＼&4.00＼&3.45＼&3.03＼&2.50＼&2.00＼&1.41＼&1.00＼&0.60＼&]

在方格坐标纸中画出[a-1m]图线，并根据图线求出小车加速度[a]与质量倒数[1m]之间的关系式是 .

[图14]（3）保持小车质量不变，改变砂和小砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度[a]随合力[F]的变化图线，如图14. 该图线不通过原点，其主要原因是： .