高中物理力学实验实验题

某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。

实验步骤如下：

①如图（a），将光电门固定在斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；

②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间 $∆t$ ；

③用 $∆s$ 表示挡光片沿运动方向的长度（如图（b）所示）， $\bar{v}$ 表示滑块在挡光片遮住光线的 $∆t$ 时间内的平均速度大小，求出 $\bar{v}$ ；

④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③；

⑤多次重复步骤④；

⑥利用实验中得到的数据作出 $\bar{v}-∆t$ 图，如图（c）所示。

完成下列填空：

（1）用 a表示滑块下滑的加速度大小，用 v _A表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则 $\bar{v}$ 与 $v_A$ 、 $a$ 和 $∆t$ 的关系式为 $\bar{v}$ =       。

（2）由图（c）可求得， $v_{A=}$        $cm/s$ ， $a=$        $cm/s^2$ 。（结果保留3位有效数字）

甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1s拍1幅照片。    

（1）若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是。（填正确答案标号）            

A．	米尺
B．	秒表
C．	光电门
D．	天平

（2）简述你选择的器材在本实验中的使用方法。

答：________

（3）实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5cm、ac=58.7cm，则该地的重力加速度大小为g=________m/s ²。（保留2位有效数字）    

如图（a），某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源，纸带等。回答下列问题：

   

（1）铁块与木板间动摩擦因数 μ=________（用木板与水平面的夹角 θ、重力加速度 g和铁块下滑的加速度 a表示）    

（2）某次实验时，调整木板与水平面的夹角 θ=30°。接通电源。开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图（b）所示。图中的点为计数点（每两个相邻的计数点间还有4个点未画出）。重力加速度为9.8 m/s ²。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为________（结果保留2位小数）。

甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间。实验步骤如下：

（1）甲用两个手指轻轻捏住量程为 L的木尺上端，让木尺自然下垂。乙把手放在尺的下端（位置恰好处于 L刻度处，但未碰到尺），准备用手指夹住下落的尺。

甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子。若夹住尺子的位置刻度为 L ₁ ， 重力加速度大小为 g ， 则乙的反应时间为________（用 L、 L ₁和 g表示）。

（2）已知当地的重力加速度大小为 g=9.80 m/s ² ， L=30.0 cm， L ₁=10.4 cm，乙的反应时间为________s。（结果保留2位有效数字）    

（3）写出一条提高测量结果准确程度的建议：________。    

某物理课外小组利用图（a）中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。途中，置于试验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮：轻绳跨过滑轮，一段与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有 $N=5$ 个，每个质量均为 $0．010\mathit{kg}$ 。实验步骤如下：

（1）将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车9（和钩码）可以在木板上匀速下滑。

①将n（依次取 $n=1,2,3,4,5$ ）个钩码挂在轻绳右端，其余 $N-n$ 各钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制 $s-t$ 图像，经数据处理后可得到相应的加速度a。

②对应于不同的n的a值见下表。 $n=2$ 时的 $s-t$ 图像如图(b)所示：由图（b）求出此时小车的加速度（保留2位有效数字），将结果填入下表。

n	1	2	3	4	5
$a/\text{m}·{\text{s}}^{-2}$	$0．20$	________	$0．58$	$0．78$	$1．00$

（2）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出 $a-n$ 图像。从图像可以看出：当物体质量一定是=时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。

（3）利用 $\mathit{a–n}$ 图像求得小车（空载）的质量为________kg（保留2位有效数字，重力加速度取 $g=9.8\mathrm{m}·{\mathrm{s}}^{-2}$ ）。

（4）若以"保持木板水平"来代替步骤（1），下列说法正确的是_______（填入正确选项钱的标号）

A．	$.\mathit{a–n}$ 图线不再是直线
B．	$\mathit{a–n}$ 图线仍是直线，但该直线不过原点
C．	$\mathit{a–n}$ 图线仍是直线，但该直线的斜率变大

某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律, 其中打点计时器的电源为 交流电源, 可以使用的频率有 $220\mathrm{Hz},30\mathrm{Hz}$ 和 $40\mathrm{Hz}$, 打出纸带的一部分如图（b）所示。

该同学在实验中没有记录交流电的频率 $f$, 需要用实验数据和其他条件进行推算。

(1) 若从打出的纸带可判定重物匀加速下落, 利用 $f$ 和图（b）中给出的物理量可以写出: 在打点计时器打出 B 点时，重物下落的速度大小为             ，打出 $\mathrm{C}$ 点时重物下落的速度大小为        ， 重物下落的加速度的大小为_        。

(2) 已测得 $s_1=8.89\mathrm{cm}$, $s_2=9.5.\mathrm{cm},s_3=10.10\mathrm{cm}$; 当重力加速度大小为 $9.80\mathrm{m}/{\mathrm{s}}^2$, 试验中重 物受到的平均阻力大小约为其重力的 $1\%$ 。由此推算出 $f$ 为_               ${\mathrm{Hz}}_{\circ }$

2020年5月，我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量，其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度，进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验，测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下：

$\left(i\right)$如图甲所示，选择合适高度的垫块，使木板的倾角为 $53°$，在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺（图中未画出）。

$\left(\mathit{ii}\right)$调整手机使其摄像头正对木板表面，开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放，用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放，选择小物块运动路径上合适的一点作为测量参考点，得到小物块相对于该点的运动距离 $L$与运动时间 $t$的数据。

$\left(\mathit{iii}\right)$该同学选取部分实验数据，画出了 $\frac{2L}{t}-t$图象，利用图象数据得到小物块下滑的加速度大小为 $5.6m/s^2$。

$\left(\mathit{iv}\right)$再次调节垫块，改变木板的倾角，重复实验。

回答以下问题：

（1）当木板的倾角为 $37°$时，所绘图象如图乙所示。由图象可得，物块过测量参考点时速度的大小为　　 $m/s$；选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的 $A$、 $B$两点，利用 $A$、 $B$两点数据得到小物块下滑加速度的大小为　　 $m/s^2$（结果均保留2位有效数字）。

（2）根据上述数据，进一步分析得到当地的重力加速度大小为　　 $m/s^2$．（结果保留2位有效数字， $\sin 37°=0.60$， $\cos 37°=0.80)$

在做“验证力的平行四边形定则”的实验中：
（1）某同学准备了以下器材，其中多余的器材是      （选填序号）；
A．方木板
B．图钉（几个）
C．白纸
D．天平
E．刻度尺
F．测力计（两只）
G．橡皮条
H．细线套（两个）
I．铅笔
（2）某同学根据实验数据画出力的图示，如图所示，图上标出了F₁、F₂、F、F′四个力，其中      （填上述字母）不是由弹簧秤直接测得的；若F与F′的      和      都基本相同，说明共点力合成的平行四边形定则得到了验证．

（3）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尽量靠近．

在研究弹簧形变与外力关系的实验中，将弹簧水平放置而测出其自然长度，然后竖直悬挂而让其自然下垂，在其下端竖直向下施加外力F，实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的，用记录的外力F与弹簧的形变量x作出F﹣x图线如左，由图可知弹簧的劲度系数k=      ，图线不过坐标原点的原因是      ．

实验小组用细线做了如下实验，请完成填空：
 
将细线一端固定，另一端系在弹簧测力计挂钩上，水平拉细线，缓慢增大拉力，当测力计示数如图甲时，细线刚好拉断。该细线能承受的最大拉力为        N；
用螺旋测微器测量一金属球的直径，读数如图乙，则该金属球直径为         m；
用天平测出该金属球的质量m =" 100.0" g；
用完全相同的细线与该小球做成一个摆，细线上端固定在O 点，如图丙，测出线长，再加上小球的半径，得到悬点O 到小球球心的距离为1.0000 m。
在悬点O 的正下方A 点钉上一个光滑的钉子，再将小球拉起至细线水平且绷直，由静止释放小球，摆至竖直时，细线碰到钉子，为使细线不断裂，A 与O 的距离应满足的条件是：      。（取g =" 9.8" m/s2,不计空气阻力）

某兴趣小组的同学看见一本物理书上说“在弹性限度内，劲度系数为k的弹簧，形变量为x时弹性势能为E_p＝kx²”，为了验证该结论就尝试用“研究加速度与合外力、质量关系”的实验装置（如图甲）设计了以下步骤进行实验：

A．水平桌面上放一长木板，其左端固定一弹簧，通过细绳与小车左端相连，小车的右端连接穿过打点计时器的纸带；

B．将弹簧拉伸x后用插销锁定，测出其伸长量x；

C．打开打点计时器的电源开关后,拔掉插销解除锁定，小车在弹簧作用下运动到左端；

D．选择纸带上某处的A点测出其速度v；

E．取不同的x重复以上步骤多次，记录数据并利用功能关系分析结论．实验中已知小车的质量为m，弹簧的劲度系数为k，则：
（1）长木板右端垫一小物块，其作用是_____________________；
（2）如图乙中纸带上A点位置应在________（填s₁、s₂、s₃）段中选取；

（3）若E_p＝kx²成立，则实验中测量出物理量x与m、k、v关系式是x＝________．

“研究共点力的合成”的实验情况如图所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳，完成下列问题：

（1）实验中需要注意的事项有

A．两个分力大小必须保持一致

B．两个分力间夹角必须保持

C．将橡皮筋拉至结点O时，拉力要适当大些

D．拉橡皮筋时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行

（2）某次实验中，弹簧测力计的指针位置如图所示，其中，细绳BO对O点的拉力大小为
N。

某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳．图乙是在白纸上根据实验结果画出的图．

（1）如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________．
（2）本实验采用的科学方法是________．
A．理想实验法   B．等效替代法  C．控制变量法   D．建立物理模型法
（3）实验时，主要的步骤是：
A．在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；B．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；
C．用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；
D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F₁和F₂的图示，并用平行四边形定则求出合力F；
E．只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示；
F．比较F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。
上述步骤中
①有重要遗漏的步骤的序号是______和________；
②遗漏的内容分别是___________________________和________________________．

在“验证力的平行四边形定则”的实验中：
①下列说法中正确的是               。
A.测量同一组数据、和合力F的过程中，橡皮条与细线结点O的位置不能变化
B.拉橡皮条的细绳要适当长一些
C.、和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程
D.为了方便计算合力的大小，、方向间夹角应为
②本实验采用的科学方法是                    。
A.理想实验法   B.等效替代法    C.控制变量法     D.建立物理模型法
③某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实际结果画出的图。如果没有操作失误，图乙中的F与两力中，方向一定沿AO方向的是         。F与两力图示中，表示理论值的是              。

在研究弹簧的形变与外力的关系的实验中，将弹簧水平放置测出其自然长度，然后竖直悬挂让其自然下垂，在其下端竖直向下施加外力F，实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的。用记录的外力F于弹簧的型变量做出的描点，如图所示：

（1）在根据描点作图线。
（2）图线不过原点的原因是由于                              。
（3）弹簧的劲度系数为                    ；（计算结果保留三位有效数字）