物理20分鐘專題突破（16）

力學(xué)實(shí)驗(yàn)（一）

1．圖所示，兩個(gè)質(zhì)量各為m₁和m₂的小物塊A和B，分別系在一條跨過(guò)定滑輪的軟繩兩端，已知m₁＞m₂，現(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。

（1）若選定物塊A從靜止開(kāi)始下落的過(guò)程中進(jìn)行測(cè)量，則需要測(cè)量的物理量有_________。

①物塊的質(zhì)量m₁、m₂；

②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間；

③物塊B下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間；

④繩子的長(zhǎng)度。

（2）為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度，某小組同學(xué)對(duì)此實(shí)驗(yàn)提出以下建議：

①繩的質(zhì)量要輕；

②在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長(zhǎng)越好；

③盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，不要搖晃；

④兩個(gè)物塊的質(zhì)量之差要盡可能小。

以上建議中確實(shí)對(duì)提高準(zhǔn)確程度有作用的是_________。

（3）寫出一條上面沒(méi)有提到的對(duì)提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議：______________________________________________________________________________。

2．某同學(xué)用螺旋測(cè)微器測(cè)量一銅絲的直徑，測(cè)微器的示數(shù)如圖所示，該銅絲的直徑為_(kāi)_________mm．

3．某同學(xué)和你一起探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系，并測(cè)彈簧的勁度系數(shù)k。做法是先將待測(cè)彈簧的一端固定在鐵架臺(tái)上，然后將最小刻度是毫米的刻度尺豎直放在彈簧一側(cè)，并使彈簧另一端的指針恰好落在刻度尺上。當(dāng)彈簧自然下垂時(shí)，指針指示的刻度數(shù)值記作L₀，彈簧下端掛一個(gè)50g的砝碼時(shí)，指針指示的刻度數(shù)值記作L₁;彈簧下端掛兩個(gè)50g的砝碼時(shí)，指針指示的刻度數(shù)值記作L₂;……;掛七個(gè)50g的砝碼時(shí)，指針指示的刻度數(shù)值記作L₂。

①下表記錄的是該同學(xué)已測(cè)出的6個(gè)值，其中有兩個(gè)數(shù)值在記錄時(shí)有誤，它們的代表符號(hào)分別是            和                           ．

測(cè)量記錄表：

代表符號(hào)

L₀

L₁

L₂

L₃

L₄

L₅

L₆

L₇

刻度數(shù)值/cm

1．70

3．40

5．10

8．60

10．3

12．1

②實(shí)驗(yàn)中，L₃和L₂兩個(gè)值還沒(méi)有測(cè)定，請(qǐng)你根據(jù)上圖將這兩個(gè)測(cè)量值填入記錄表中。

③為充分利用測(cè)量數(shù)據(jù)，該同學(xué)將所測(cè)得的數(shù)值按如下方法逐一求差，分別計(jì)算出了三個(gè)差值：

。

請(qǐng)你給出第四個(gè)差值：d_A=         ＝          cm。

④根據(jù)以上差值，可以求出每增加50g砝碼的彈簧平均伸長(zhǎng)量。用d₁、d₂、d₃、d₄

表示的式子為：＝                               ，

代入數(shù)據(jù)解得＝                   cm。

⑤計(jì)算彈簧的勁度系數(shù)k＝            N/m。（g取9．8m/s²）

4． 用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬導(dǎo)線的直徑，其示數(shù)如圖所示，該金屬導(dǎo)線的直徑為                     mm。

5．某同學(xué)利用單擺測(cè)定當(dāng)?shù)刂亓�加速度，發(fā)現(xiàn)單擺靜止時(shí)擺球重心在球心的正下方，他仍將從懸點(diǎn)到球心的距離當(dāng)作擺長(zhǎng)L，通過(guò)改變擺線的長(zhǎng)度，測(cè)得6組L和對(duì)應(yīng)的周期T，畫出L一T²圖線，然后在圖線上選取A、B兩個(gè)點(diǎn)，坐標(biāo)如圖所示。他采用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法，則計(jì)算重力加速度的表達(dá)式應(yīng)為g=               。請(qǐng)你判斷該同學(xué)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與擺球重心就在球心處的情況相比，將                 。(填“偏大”、“偏小”或“相同”)

6．一水平放置的圓盤繞過(guò)其圓心的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。盤邊緣上固定一豎直的擋光片。盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)擋光片從一光電數(shù)字計(jì)時(shí)器的光電門的狹縫中經(jīng)過(guò)，如圖1 所示。圖2為光電數(shù)字計(jì)時(shí)器的示意圖。光源A中射出的光可照到B中的接收器上。若A、B間的光路被遮斷，顯示器C上可顯示出光線被遮住的時(shí)間。

    擋光片的寬度用螺旋測(cè)微器測(cè)得，結(jié)果如圖3所示。圓盤直徑用游標(biāo)卡尺測(cè)得，結(jié)果如圖4所示。由圖可知，

    （l）擋光片的寬度為_(kāi)____________mm。

    （2）圓盤的直徑為_(kāi)______________cm。

    （3）若光電數(shù)字計(jì)時(shí)器所顯示的時(shí)間為50.0 ms，則圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為_(kāi)______弧度/秒（保留3位有效數(shù)字）。

7．某同學(xué)想要了解導(dǎo)線在質(zhì)量相同時(shí)，電阻與截面積的關(guān)系，選取了材料相同、質(zhì)量相等的5卷導(dǎo)線，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：

(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量某一導(dǎo)線的直徑如下圖所示． 讀得直徑d＝　　　　　　ｍｍ．

8．某實(shí)驗(yàn)小組擬用如圖1所示裝置研究滑塊的運(yùn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)器材有滑塊、鉤碼、紙帶、米尺、帶滑輪的木板，以及由漏斗和細(xì)線組成的單擺等.實(shí)驗(yàn)中，滑塊在鉤碼作用下拖動(dòng)紙帶做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)單擺垂直于紙帶運(yùn)動(dòng)方向擺動(dòng)，漏斗漏出的有色液體在紙帶帶下留下的痕跡記錄了漏斗在不同時(shí)刻的位置.

①在圖2中，從               紙帶可看出滑塊的加速度和速度方向一致.

②用該方法測(cè)量滑塊加速度的誤差主要來(lái)源有：         、         （寫出2個(gè)即可）.

9．物理小組在一次探究活動(dòng)中測(cè)量滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端裝有定滑輪；木板上有一滑塊，其一端與電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，另一端通過(guò)跨過(guò)定滑輪的細(xì)線與托盤連接。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電源的頻率為50 Hz。開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，在托盤中放入適量砝碼，滑塊開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，在紙帶上打出一系列小點(diǎn)。

    （1）上圖給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)（圖中未標(biāo)出），計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計(jì)算的加速度a=                   (保留三位有效數(shù)字)。

(2)回答下列兩個(gè)問(wèn)題：

①為測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)，下列物理量中還應(yīng)測(cè)量的有         。（填入所選物理量前的字母）

  A.木板的長(zhǎng)度l                     B.木板的質(zhì)量m₁

  C.滑塊的質(zhì)量m₂                   D.托盤和砝碼的總質(zhì)量m₃

  E.滑塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t

②測(cè)量①中所選定的物理量時(shí)需要的實(shí)驗(yàn)器材是                             。

 （3）滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)＝                     （用被測(cè)物理量的字母表示，重力加速度為g）.與真實(shí)值相比，測(cè)量的動(dòng)摩擦因數(shù)          （填“偏大”或“偏小” ）。寫出支持你的看法的一個(gè)論據(jù)：                                                                   

                                     。

1．答案：(1) ①②或①③；（2）①③；（3）例如：“對(duì)同一高度進(jìn)行多次測(cè)量取平均值”， “選取受力后相對(duì)伸長(zhǎng)盡量小的繩子”等等。

解析：（1）通過(guò)連結(jié)在一起的A、B兩物體驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，即驗(yàn)證系統(tǒng)的勢(shì)能變化與動(dòng)能變化是否相等，A、B連結(jié)在一起，A下降的距離一定等于B上升的距離；A、B的速度大小總是相等的，故不需要測(cè)量繩子的長(zhǎng)度和B上升的距離及時(shí)間。（2）如果繩子質(zhì)量不能忽略，則A、B組成的系統(tǒng)勢(shì)能將有一部分轉(zhuǎn)化為繩子的動(dòng)能，從而為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律帶來(lái)誤差；若物塊搖擺，則兩物體的速度有差別，為計(jì)算系統(tǒng)的動(dòng)能帶來(lái)誤差；繩子長(zhǎng)度和兩個(gè)物塊質(zhì)量差應(yīng)適當(dāng)。（3）多次取平均值可減少測(cè)量誤差，繩子伸長(zhǎng)量盡量小，可減少測(cè)量的高度的準(zhǔn)確度。

【考點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒

【點(diǎn)評(píng)】此題為一驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)題。要求根據(jù)物理規(guī)律選擇需要測(cè)定的物理量，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法判斷如何減小實(shí)驗(yàn)誤差。掌握各種試驗(yàn)方法是解題的關(guān)鍵。

2．【答案】4.953

【解析】螺旋測(cè)微器固定刻度部分讀數(shù)為4.5mm，可動(dòng)刻度部分讀數(shù)為0.093mm，所以所測(cè)銅絲直徑為4.593mm。

【考點(diǎn)】螺旋測(cè)微器的讀數(shù)

【點(diǎn)評(píng)】螺旋測(cè)微器的讀數(shù)是高考�？键c(diǎn)，采用“固定刻度+可動(dòng)刻度=讀數(shù)”的方法進(jìn)行。

3．【答案】（2）①L5    L6    ②6.85(6.84-6.86)  14.05(14.04-14.06)   ③           7.20(7.18-7.22)    ④   1.75    ⑤28

【解析】讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀一位，所以其中L5 、L6兩個(gè)數(shù)值在記錄時(shí)有誤。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可得后面幾問(wèn)的結(jié)果。

【考點(diǎn)】探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系

【點(diǎn)評(píng)】此題考查了基本儀器（刻度尺）的使用，以及基本試驗(yàn)方法（逐差法）的應(yīng)用。這是高中物理實(shí)驗(yàn)的基本能力的考查，值得注意。

4．答案：1.880（1.878－1.882均正確）

【解析】題目考查螺旋測(cè)微器的讀數(shù)

螺旋測(cè)微器的讀數(shù)方法是1、先讀固定尺上的讀數(shù)為1.5mm,

2、讀可動(dòng)刻度為38.0與精確度0.01相乘得到0.380mm，

3、固定讀數(shù)與可動(dòng)讀數(shù)相加即為最終結(jié)果，1.5mm＋0.380mm=1.880mm

5．【答案】   相同

【解析】題目考查了用單擺測(cè)重力加速度

設(shè)A、B的擺線長(zhǎng)為L(zhǎng)A和LB，擺線到重心的距離為L(zhǎng)1，所以A、B的兩處的擺長(zhǎng)分別為L(zhǎng)A＋L1和LB＋L1，根據(jù)周期公式得則  （1）    （2）      （2）－（1）得

  從式子中可以看出，最終的結(jié)果與重心的位置無(wú)關(guān)，所以不影響g值的測(cè)量。

6．解析：I  由螺旋測(cè)微器與游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則可得兩者的讀數(shù)．mm，mm=24.220cm．

圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為，而，綜合兩式并代入數(shù)據(jù)可得：rad/s．

7．解析：外徑千分尺讀數(shù)先可動(dòng)刻度左邊界露出的主刻度L，如本題為1mm，再看主尺水平線對(duì)應(yīng)的可動(dòng)刻度n，如本題為20.0，記數(shù)為L(zhǎng)+n×0.01=1+20.0×0.01=1.200mm。注意的是讀L時(shí)，要看半毫米刻度線是否露出，如露出，則記為1.5或2.5等。

8．答案：①  B   

②擺長(zhǎng)測(cè)量、漏斗重心變化、液體痕跡偏粗、阻力變化……

解析：本題考查勻加速運(yùn)動(dòng)和單擺的運(yùn)動(dòng)， 本題中等難度題目。要使速度和加速度方向相同，則只有B，因?yàn)锽中相等時(shí)間內(nèi)紙帶運(yùn)動(dòng)的距離越來(lái)越大。用該方法測(cè)量加速度的誤差主要來(lái)源有：擺長(zhǎng)的測(cè)量。漏斗重心的變化，液體痕跡偏粗、阻力變化等。

9．答案：(1)0.495~0.497m/s2

(2)①  CD  （1分）

(3)

解析：對(duì)紙帶的研究直接利用逐差法取平均值計(jì)算加速度。