力学实验练习题

力学实验练习题1．现用如图所示的实验装置来“验证力的平行四边形定则”．试分析下列问题：(1)将弹簧秤A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧秤B的挂钩处系一细线，把细线的另一端系在弹簧秤A下端细线上的O点处，手持弹簧秤B水平向左拉，使O点缓慢地向左移动，且总保持弹簧秤B的拉力方向不变．不计弹簧秤的重力，两弹簧秤的拉力均不超出它们的量程，则弹簧秤A、B的示数F A、F B的变化情况是()A．F A变大，F B变小 B.F A变小，F B变大C．F A变大，F B变大 D.F A变小，F B变小(2)图中的实线位置弹簧秤B的拉力恰好与系重物的细线垂直，现要用此时O点所受的力来验证力的平行四边形定则，则下列实验要求中不必要的是________(请填写选项前对应的字母)．A．应测量重物M所受的重力B．弹簧秤应在使用前校零C．拉线方向应在同一平面内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2．某探究小组想利用验证机械能守恒定律的装置测量当地的重力加速度，如图甲所示．框架上装有可上下移动位置的光电门1和固定不动的光电门2；框架竖直部分紧贴一刻度尺，零刻度线在上端，可以测量出两个光电门到零刻度线的距离x1和x2；框架水平部分用电磁铁吸住一个质量为m的小铁块，小铁块的重心所在高度恰好与刻度尺零刻度线对齐．切断电磁铁线圈中的电流时，小铁块由静止释放，当小铁块先后经过两个光电门时，与光电门连接的传感器即可测算出其速度大小v1和v2.小组成员多次改变光电门1的位置，得到多组x1和v1的数据，建立如图乙所示的坐标系并描点连线，得出图线的斜率为k.(1)当地的重力加速度为________．(用k表示)(2)若选择光电门2所在高度为零势能面，则小铁块经过光电门1时的机械能表达式为________．(用题中物理量的字母表示)(3)关于光电门1的位置，下面哪个做法可以减小重力加速度的测量误差________．A．尽量靠近刻度尺零刻度B．尽量靠近光电门2C．既不能太靠近刻度尺零刻度，也不能太靠近光电门23. 如图所示，QO是水平桌面，PO是一端带有滑轮的长木板，1、2是固定在木板上的两个光电门，中心间的距离为L，质量为M的滑块A上固定一窄遮光条，在质量为m的重物B牵引下从木板的顶端由静止滑下，光电门1、2记录遮光时间分别为Δt1和Δt2，遮光条宽度为d.(1)若用此装置验证牛顿第二定律，且认为滑块A受到外力的合力等于B重物的重力，除平衡摩擦力外；还必须满足________；实验中测得的滑块运动的加速度等于________；(2)如果已经平衡了摩擦力，________(选填“能”或“不能”)用此装置验证A、B组成的系统机械能守恒，理由是________．4．如图是“验证力的合成的平行四边形定则”实验示意图．将橡皮条的一端固定于A 点，图甲表示在两个拉力F1、F2的共同作用下，将橡皮条的结点拉长到O点；图乙表示准备用一个拉力F拉橡皮条，图丙是在白纸上根据实验结果画出的力的合成图示．(1)有关此实验，下列叙述正确的是________．A．在进行图甲的实验操作时，F1、F2的方向必须互相垂直B．在进行图乙的实验操作时，必须将橡皮条的结点拉到O点C．在进行图甲的实验操作时，保证O点的位置不变，F1变大时，F2一定变小D．在误差范围内，拉力F一定等于F1、F2的代数和(2)图丙中F′是以F1、F2为邻边构成的平行四边形的对角线，一定沿AO方向的是________(填“F”或者“F′”)．5．现用频闪照相方法来研究物块的变速运动．在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示．拍摄时频闪频率是10 Hz；通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4.已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s.数据如下表所示．重力加速度大小g＝9.8 m/s2.x x x x h s(1)物块的加速度a＝________(保留3位有效数字)．(2)因为________，可知斜面是粗糙的．6．某同学利用如图甲所示的装置探究“加速度与力、质量的关系”．(1)关于该实验的操作和数据处理，下列说法中正确的是______．A．可以用天平测出砝码和砝码盘的总质量m1和小车的质量m2，由公式a＝m1gm2求出小车的加速度B．应使小车的质量远小于砝码和砝码盘的总质量，以减小实验误差C．处理实验数据时采用描点法画图象，是为了减小误差D．处理实验数据时采用a－1m图象，是为了便于根据图线直观作出判断(2)在实验中，利用打点计时器打出了多条纸带，该同学选取了其中较为理想的一条进行分析，纸带上A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔是0.1 s，距离如图乙所示，单位是cm，则小车的加速度为______m/s2.(结果保留三位有效数字)7．某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系．(1)如图(a)，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k＝________N/m.(g取9.80 m/s2)(2)时，通过两个光电门的速度大小________．(3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v.释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为________．(4)重复(3)中的操作，得到v与x的关系如图(c)，由图可知，v与x成________关系．由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的________成正比．8．如图所示为测量物体的加速度与质量的关系的装置．提供的器材有：气垫导轨、滑块(左端装有遮光板，滑块和遮光板总质量为m )、光电门(配接数字计时器)、米尺、铁架台．实验中，测出导轨顶端A 与光电门所在位置B 的距离为l ，导轨顶端距水平面的高度为h .(1)接通气源，让滑块从A 端由静止开始沿导轨向下运动，读出遮光板通过光电门的时间为t ，若遮光板的宽度用d 表示，则滑块运动到B 点时的速度v ＝________，下滑过程的加速度a ＝________.(2)实验中，为使滑块受到的合外力保持不变，在改变滑块质量m 时，应调节导轨顶端距水平面的高度h ，使________(填“mh ”或“mh ”)保持不变．测出多组m 、t 数据后，描点可得________(填“t 2－m ”或“t 2－1m”)的线性图象．9．某实验小组利用图甲所示的装置验证钩码和滑块组成的系统机械能守恒，在水平桌面上固定一气垫导轨，导轨上A 点处有一带长方形遮光条的滑块，其总质量为M ，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m 的钩码相连，且M ∶m ＝3∶1，遮光条两条长边与导轨垂直，导轨上B 点处有一光电门，可以测量遮光条经过光电门时的挡光时间Δt ，用d 表示遮光条的宽度，x 表示A 、B 两点的距离，g 表示当地的重力加速度．(计算结果保留两位有效数字)(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图乙所示，则d＝________.(2)实验时，将滑块从位置A由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt ＝1.3×10－2 s，则滑块经过光电门B时的瞬时速度的值为________．(3)改变光电门的位置进行多次实验，每次均令滑块自A点开始运动，测量相应的x与Δt 的值，并计算出经过光电门的瞬时速度v，作出v2－x图象，若不考虑误差，认为系统的机械能守恒，则v2与x应满足的关系式为：v2＝________.(用题中所给的符号表示)(4)实验中，利用数据作出的v2－x图象如图丙所示，如果不考虑误差，认为系统的机械能守恒，则可求得当的重力加速度的值g＝________.(5)如果当地的重力加速度的真实值为10 m/s2，则滑块与钩码组成的系统在运动过程中受到阻力的值与钩码重力的值之比为________．10．某实验小组利用弹簧秤和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度．实验步骤：①用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G；②将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上，通过水平细绳和固定弹簧秤相连，如图甲所示．在A端向右拉动木板，待弹簧秤示数稳定后，将读数记作F；③改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤①②；实验数据如下表所示：④如图乙所示，将木板固定在水平桌面上，滑块置于木板上左端C处，细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接，保持滑块静止，测量重物P离地面的高度h；⑤滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点(未与滑轮碰撞)，测量C、D间的距离x.完成下列作图和填空：(1)根据表中数据在给定坐标纸上作出F－G图线．(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ＝________(保留2位有效数字)．(3)滑块最大速度的大小v＝________(有h、x、μ和重力加速度g表示)．0.42均力学实验练习答案1. 解析： (1)以O 点为研究对象，其受力变化如图所示：开始时弹簧秤A 处于竖直状态，其拉力大小等于Mg ，弹簧秤B 拉力为零，当O 点左移时，弹簧秤A 与竖直方向的夹角在增大，因此可知F A 变大，F B 变大．(2)本实验中所挂的重物M 相当于对O 点施加了一个竖直向下的拉力，大小为Mg .在“验证力的平行四边形定则”时必须要知道每次实验中两个分力F A 、F B 的大小和方向，同时还要知道两个分力的合力的大小和方向；弹簧秤在使用前要校零；每次实验中三个力必须在同一平面内．实验中虽然为改变拉力的大小进行了多次实验，但每次实验中O 点所处的位置可以不同，只要测出三个力就可以了．答案： (1)C (2)D2. 解析： (1)根据机械能守恒有12m (v 22－v 21)＝mg (x 2－x 1)，可知图乙的斜率表示为2g ，则k ＝2g ，故当地的重力加速度g ＝k2.(2)经过光电门1位置时的机械能等于小铁块在此位置的动能和重力势能之和，故E ＝mg (x 2－x 1)＋12m v 21，将g ＝k 2代入得E ＝12m v 21＋12km (x 2－x 1)．(3)光电门1尽量靠近刻度尺的零刻度，尽量靠近光电门2都不利于测量，选项A 、B 错误，选项C 正确．答案： (1)k 2 (2)12m v 21＋12km (x 2－x 1) (3)C 3. 解析： (1)根据验证牛顿第二定律的实验原理可知，只有当M ≫m 时，方可近似地认为滑块A 受到的外力的合力大小等于重物B 的重力．滑块A 通过两个光电门的瞬时速度可根据平均速度求得v 1＝d Δt 1、v 2＝d Δt 2，再依据匀变速直线运动的规律v 22－v 21＝2aL 可求得加速度为a ＝d 22L ⎣⎡⎦⎤1(Δt 2)2－1(Δt 1)2；(2)虽然系统已经平衡了摩擦力，但是由于有摩擦力做功，所以不能用此装置验证A 、B 组成的系统机械能守恒．答案： (1)M ≫m d 22L ⎣⎡⎦⎤1(Δt 2)2－1(Δt 1)2 (2)不能 有摩擦力做功 4. 答案： (1)B (2)F5. 解析： 根据匀变速直线运动的推论和牛顿第二定律解决问题． (1)根据匀变速直线运动的推论，利用逐差法，得 x 3－x 1＝2a 1T 2 x 4－x 2＝2a 2T 2a ＝a 1＋a 22，又知T ＝1f ＝0.1 s联立以上各式得a ≈4.30 m/s 2(2)如果斜面光滑，根据牛顿第二定律得，物体下滑的加速度 a ′＝g sin θ＝g hs ＝5.88 m/s 2>a ，所以斜面是粗糙的．答案： (1)4.30 (2)a <g hs＝5.88 m/s 26. 解析： 小车运动的加速度必须根据小车后面的打点纸带进行处理计算，故A 错误；设在小车运动过程中轻绳对小车的拉力为F T ，则根据牛顿第二定律有：F T ＝m 2a ，m 1g －F T ＝m 1a ，整理可得F T ＝m 1g 1＋m 1m 2，由此式可以看出，只有当m 1≪m 2即砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量时才有F T ≈m 1g ，所以B 错误；利用图象来处理实验数据可有效减小实验带来的误差，C 正确；在实验时作a －1m的图象而不是作a －m 图象，是为了便于直接从图象上观察a 、m 之间的关系，D 正确．根据给出的实验数据，利用逐差法可求得加速度a ＝1.59 m/s 2.答案： (1)CD (2)1.597. 解析： (1)加50 g 砝码时，弹簧弹力F 1＝mg ＝k (l 0－l 1)，加100 g 砝码时F 2＝2mg ＝k (l 0－l 2)，ΔF ＝F 2－F 1＝k (l 1－l 2)，则k ＝49.5 N /m ，同理由加100 g 砝码和加150 g 砝码的情况可求得k ′＝50.5 N/m ，则劲度系数k ＝k ＋k ′2＝50 N/m.(2)使滑块通过两个光电门时的速度大小相等，就可以认为滑块离开弹簧后做匀速直线运动．(3)弹性势能转化为滑块的动能．(4)图线是过原点的直线，所以v 与x 成正比，整个过程弹性势能转化为动能，即E弹＝E k ＝12m v 2，弹性势能与速度的二次方成正比，则弹性势能与压缩量x 的二次方成正比．答案： (1)50 (2)相等 (3)滑块的动能 (4)正比 压缩量的二次方8. 解析： B 点的瞬时速度v ＝d t ，由运动学公式a ＝v 2t －v 202x 可得下滑的加速度a ＝d 22lt2，由于使用气垫导轨，下滑的摩擦力可忽略不计，合外力为mg sin θ＝mg hl ，为使合外力保持不变，在滑块释放位置一定的情况下，mh 应保持不变．由v 2＝2al 得⎝⎛⎭⎫d t 2＝2Fm l ，F 不变可得到t 2－m 的线性图象．答案： (1)d t d 22lt2(2)mh t 2－m 9.解析： 验证钩码和滑块组成的系统机械能守恒的原理是钩码减小的重力势能转化为系统增加的动能，测动能需要测量速度，本实验是利用通过光电门的平均速度近似看做是通过光电门的瞬时速度来测量动能的增量的．答案： (1)5.2 mm (2)0.4 m/s (3)2mgx M ＋m ⎝⎛⎭⎫12gx(4)9.0 m /s 2(8.9 m/s 2～9.1 m/s 2) (5)11010. 解析： (1)在坐标系中描点，用平滑的曲线(直线)将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧．(2)根据F ＝μG ，F －G 图线的斜率反映了滑块与木板间的动摩擦因数，所以μ≈0.40.(3)根据牛顿第二定律，P 落地后，滑块运动的加速度的大小为a ＝μmg m＝μg ，且P 落地后滑块的位移x ′＝x －h ，根据速度和位移的关系得0－v 2＝－2ax ′所以滑块的最大速度v ＝2ax ′＝2μg x －h .答案： (1)如图所示 (2)0.40(0.38～。