高中物理常见家用电器技术参数的含义及其选用实验题

利用如图1实验装置探究重锤下落过程中重力势能与动能的转化问题．
（1）图2为一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一点．分别测出若干连续点A、B、C…与 O点之间的距离h₁、h₂、h₃…．已知打点计时器的打点周期为T，重锤质量为m，重力加速度为g，可得重锤下落到B点时的速度大小为_________．
                
（2）取打下O点时重锤的重力势能为零，计算出该重锤下落不同高度h时所对应的动能E_k和重力势能E_p．建立坐标系，横轴表示h，纵轴表示E_k和E_p，根据以上数据在图3中绘出图线Ⅰ和图线Ⅱ．已求得图线Ⅰ斜率的绝对值k₁=2.94J/m，图线Ⅱ的斜率k₂=2.80J/m．重锤和纸带在下落过程中所受平均阻力与重锤所受重力的比值为_________（用k₁和k₂表示）．

某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究，一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连:弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图（a)所示。向左推小球，使弹黄压缩一段距离后由静止释放:小球离开桌面后落到水平地面。通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。

回答下列问题：
（1)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小球抛出时的动能Ek相等。已知重力加速度大小为g。为求得Ek，至少需要测量下列物理量中的     （填正确答案标号)。

A．小球的质量m

B．小球抛出点到落地点的水平距离s

C．桌面到地面的高度h

D．弹簧的压缩量△x

E.弹簧原长l0
（2)用所选取的测量量和已知量表示Ek，得Ek=           。
（3)图（b)中的直线是实验测量得到的s-△x图线。从理论上可推出，如果h不变.m增加，s—△x图线的斜率会           （填“增大”、“减小”或“不变”):如果m不变，h增加，s—△x图线的斜率会        （填“增大”、“减小”或“不变”)。由图（b) 中给出的直线关系和Ek的表达式可知，Ep与△x的       次方成正比。

某实验小组用如图甲所示装置测量木板对木块的摩擦力所做的功。实验时，木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右做匀减速运动。图乙是重物落地后打点计时器打出的纸带，纸带上的小黑点是计数点，相邻的两计数点之间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz。

(1)可以判断纸带的________(填“左端”或“右端”)与木块连接。根据纸带提供的数据可计算出打点计时器在打下A点、B点时木块的速度v_A、v_B，其中v_A＝________m/s。(结果保留两位有效数字)
(2)要测量在AB段木板对木块的摩擦力所做的功W_AB，还应测量的物理量是________。(填入物理量前的字母)

A．木板的长度l	B．木块的质量m1
C．木板的质量m2	D．重物的质量m3

E．木块运动的时间t        F．AB段的距离x_AB
(3)在AB段木板对木块的摩擦力所做的功的关系式W_AB＝________。（用v_A、v_B和第(2)问中测得的物理量的字母表示）

一同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系。实验装置如下图甲所示，在离地面高为h的光滑水平桌面上，沿着与桌子右边缘垂直的方向放置一轻质弹簧，其左端固定，右端与质量为m的小刚球接触。将小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放，使小球沿水平方向射出桌面，小球在空中飞行落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹。重力加速度为g
（1）若测得某次压缩弹簧释放后小球落点P痕迹到O点的距离为s，则释放小球前弹簧的弹性势能表达式为         ；
（2）该同学改变弹簧的压缩量进行多次测量得到下表一组数据：

弹簧压缩量x/cm	1.00	1.50	2.00	2.50	3.00	3.50
小球飞行水平距离s/×10^2cm	2.01	3.00	4.01	4.98	6.01	6.99

结合（1）问与表中数据，弹簧弹性势能与弹簧压缩量x之间的关系式应为        ；
（3）完成实验后，该同学对上述装置进行了如下图乙所示的改变：（I）在木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将木板竖直立于靠近桌子右边缘处，使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；（II）将木板向右平移适当的距离固定，再使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放，撞到木板上得到痕迹P；（III）用刻度尺测量纸上O点到P点的竖直距离为y。若已知木板与桌子右边缘的水平距离为L，则（II）步骤中弹簧的压缩量应该为       。

（1）某同学得用气垫导轨和数字计数器探究弹簧的弹性势能与形变量的关系。如图所示，气垫导轨上有很多小孔，气泵输入压缩空气，从小孔中喷出，会使质量为滑块与导轨间有一层薄的空气，使二者不接触从而减小阻力，一端固定有轻弹簧滑块在导轨上滑行，当通过数字计数器时，遮光片档住光源，与光敏管相连的电子电路就会记录遮光时间。
①接通气泵，调节气垫导轨左端高度，轻推滑块，使其刚好能够匀速运动，说明气垫导轨已调节水平。
②使用10分度的游标卡尺，测量滑块上遮片的宽度如图乙所示，其宽度为     cm。
③压缩弹簧并记录压缩量。
④释放滑块，滑块离开弹簧后通过数字计时器显示时间。


⑤多次重复步骤③和④，将数据记录在表格中，并计算出滑块相应的速度。表格中弹簧压缩4.00cm时，其物块速度       m/s（保留三位有效数字）。
⑥从表格中的数据可以得出（在误差允许的范围内）弹簧的压缩量与物块的速度        。
⑦由机械守恒定律可知滑块的动能等于释放滑块时弹簧的弹性势能。
⑧由以上分析可得出弹簧的弹性势能与弹簧的压缩量关系表达式为                     ，
其中各符号代表的物理意义                                            。
（2）某课外活动小组自制了一台称重电子秤，其原理结构如图甲图所示，R₀为定值电阻；R是压敏电阻，其阻值随所受压力F的变化而变化，变化范围大约为几欧到几十欧，通过电压表的读数可以知道压力大小。若要想电子秤正常工作，首先通过实验探究压敏电阻阻值和F大小的关系，于是课外小组又设计了如图乙所示的探究压敏电阻阻值和F大小的关系的实验电路。图乙电路中由下列主要实验器材进行选择：

A．电源E（3V，内阻忽略不计）

B．电流表A1（0.3A，内阻r1=10Ω）

C．电流表A2（0.6A，内阻约为1Ω）

D．电压表V（15V，内阻约为5kΩ）

E．开关S，定值电阻R₁
①为了比较准确测量电阻R，请完成图乙虚线框里两块表的选择（填电表代号）。
②图乙中，在电阻R上施加竖直向下的力F，闭合开关S，记录各个电表读数，得出R=                      ，表达式中需要测量的各字母的物理意义为                             
                                                        。
③图乙所示电路中，改变力的大小，得到不同的R值，得到如图丙所示的R—F图象，写出R和F的关系式R=                 。
④若甲图所示的电路中，在压敏电阻R上水平放置一个重力为1.0N的托盘，在托盘上放一重物，电源电动势E=9.0V，电源内阻r=1.0Ω，R₀=5.0Ω，闭合开关，电压表示数为5.0V，则重物的重量为          N。

某同学得用气垫导轨和数字计数器探究弹簧的弹性势能与形变量的关系。如图所示，气垫导轨上有很多小孔，气泵输入压缩空气，从小孔中喷出，会使质量为滑块与导轨间有一层薄的空气，使二者不接触从而减小阻力，一端固定有轻弹簧滑块在导轨上滑行，当通过数字计数器时，遮光片档住光源，与光敏管相连的电子电路就会记录遮光时间。

（1）接通气泵，调节气垫导轨左端高度，轻推滑块，使其刚好能够匀速运动，说明气垫导轨已调节水平。
（2）使用10分度的游标卡尺，测量滑块上遮片的宽度如图乙所示，其宽度为     cm。
（3）压缩弹簧并记录压缩量。

（4）释放滑块，滑块离开弹簧后通过数字计时器显示时间。
（5）多次重复步骤③和④，将数据记录在表格中，并计算出滑块相应的速度。表格中弹簧压缩4.00cm时，其物块速度       m/s（保留三位有效数字）。
（6）从表格中的数据可以得出（在误差允许的范围内）弹簧的压缩量与物块的速度        。
（7）由机械守恒定律可知滑块的动能等于释放滑块时弹簧的弹性势能。
（8）由以上分析可得出弹簧的弹性势能与弹簧的压缩量关系表达式为                     其中各符号代表的物理意义                                            。

在“探究功与速度变化的关系”的实验中，某实验研究小组的实验装置如图甲所示。木块从A点静止释放后，在一根弹簧作用下弹出，沿足够长的木板运动到点停下，记录此过程中弹簧对木块做的功为。点为弹簧原长时所处的位置，测得的距离为。再用完全相同的2根、3根…弹簧并在一起进行第2次、第3次…实验并记录，…及相应的、…数据，用图像处理数据，回答下列问题：

（1）如图乙是根据实验数据描绘的图像，图线不过原点的原因是          ；
（2）由图线得木块从A到O过程中摩擦力做的功是        ；
（3）图像斜率的物理意义是                                 。

如图所示为“探究功与速度变化的关系”实验装置，让小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行。思考该探究方案并回答下列问题：

（1）实验操作中需平衡小车受到的摩擦力，其最根本的目的是   _____  。

A．防止小车不能被橡皮筋拉动

B．保证橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功

C．便于小车获得较大的弹射速度

D．防止纸带上打点不清晰

（2）实验中甲、乙两同学用两种不同的方法来实现橡皮筋对小车做功的变化。
甲同学：把多条相同的橡皮筋并在一起，并把小车拉到相同位置释放；
乙同学：通过改变橡皮筋的形变量来实现做功的变化。
你认为     （填“甲”或“乙”）同学的方法可行。
（3）本实验可通过作图来寻找功与速度变化的关系。若所作的W－v
的图象如图所示，则下一步应作     （填“W－v²”或“W－”）
的关系图象。

㈠(6分)
某同学利用光电门传感器设计了一个研究小物体自由下落时机械能是否守恒的实验，实验装置如图所示，图中A、B两位置分别固定了两个光电门传感器。实验时测得小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡光时间为t₁，通过B的挡光时间为t₂。为了证明小物体通过A、B时的机械能相等，还需要进行一些实验测量和列式证明。

⑴选出下列必要的实验测量步骤
A.用天平测出运动小物体的质量m
B.测出A、B两传感器之间的竖直距离h
C.测出小物体释放时离桌面的高度H
D.用秒表测出运动小物体通过A、B两传感器的时间△t
⑵若该同学用d和t的比值来反映小物体经过A、B光电门时的速度，并设想如果能满足________________________关系式，即能证明在自由落体过程中小物体的机械能是守恒的。
⑶该同学的实验设计可能会引起明显误差的地方是(请写出一种)： _____________。
㈡(12分)物体在空中下落的过程中，重力做正功，物体的动能越来越大，为了“探究重力做功和物体动能变化间的定量关系”，我们提供了如下图的实验装置。

⑴某同学根据所学的知识结合右图设计一个本实验情景的命题：
如图所示，设质量为m（已测定）的小球在重力mg作用下从开始端自由下落至光电门发生的 　①　 ，通过光电门时的　②　，试探究外力做的功　③　与小球动能变化量
④ 的定量关系。(请在①②空格处填写物理量的名称和对应符号；在③④空格处填写数学表达式。)
⑵某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数字。
①用天平测定小球的质量为0.50kg；
②用游标尺测出小球的直径为10.0mm；
③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为80.80cm；
④电磁铁先通电，让小球            。
⑤　       　，小球自由下落。
⑥在小球经过光电门时间内，计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50×10^－3s，由此可算得小球经过光电门时的速度为　   　m/s。
⑦计算得出重力做的功为　  　J，小球动能变化量为　     J。(g取10m/s²，结果保留三位有效数字)
⑶试根据在⑵条件下做好本实验的结论：　                。

如图，用细线、小球、带有标尺的铁架台等做实验．把一个小球用细线悬挂起来，把小球拉到一定高度的A点，然后放开，小球在摆动过程中，    能和    能发生转化．小球可以摆到跟A点等高的C点；如果用尺子在某一点挡住细线，小球虽然不能摆到C点，但摆到另一侧时，也能达到跟A点相同的高度，在摆动过程中      总和不变．

《西游记》中的孙悟空为了与牛魔王交战，以5m/s的速度从距离地面10.75m高处斜向上方跳起后落到了2m高的牛背上。若不考虑空气阻力和孙悟空的异常功能，则孙悟空落到牛背上时的速度大小是        ；若考虑空气阻力，落到牛背上时他的机械能减小了20%，则克服空气阻力做的功是        。已知孙悟空的质量是50kg，重力加速度g取10m/s²。