创新力学实验

创新力学实验命题特点：1.常规实验：立足教材，侧重考查完成实验的能力主要涉与基本仪器的使用(含读数)、 实验原理和测量方法的理解、实验条件的控制、实验步骤的编排，以与实验数据的处理、实验误差的分析2•创新实验：“新”可以更加有效地考查学生分析问题的能力，区分度也加大了主要表现在：(1) 实验器材的等效与替换，如用气垫导轨代替长木板、光电门和闪光照相机代替打点计时器等2)实验结 论的拓展与延伸，如通过实验装置测出物体的加速度，再利用牛顿第二定律求物体的阻力等3)试题情 景的设计与创新思想方法：等效替代、图象法、平均值法、列表法1、某实验小组应用如下图装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M,砝码与砝码盘 的总质量为m,所使用的打点计时器所接的交流电的频率为50 Hz.实验步骤如下:A. 按图所示安装好实验装置，其中与定滑轮与弹簧测 力计相连的细线竖直；B. 调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木 板向下匀速运动；C. 挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条 纸带，由纸带求出小车的加速度；D. 改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度.根据以上实验过程，回答以下问题：(1) 对于上述实验，以下说法正确的是 A. 小车的加速度与袪码盘的加速度大小相等B. 实验过程中砝码盘处于超重状态C. 与小车相连的轻绳与长木板一定要平行D. 弹簧测力计的读数应为袪码和袪码盘总重力的一半E. 袪码和袪码盘的总质量应远小于小车的质量(2) 由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图象，与本实验相符合的是1、 (1) C ； (2)A2•用如下图的装置探究加速度与力和质量的关系，带滑轮的长木板和弹簧测力计均水平固定。

①实验时，一定要进行的操作 A. 小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车, 打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数 氏改变砂和砂桶质量，打出几条纸带C. 用天平测出砂和砂桶的质量D. 为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量②以弹簧测力计的示数F为横坐标，以加速度a为纵坐标，画出的a F图象可能是 22. ①ab ②a ③丁k3. [2016 •全国新课标III卷]（10分）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 力之间的关系图中，置于实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，一端与放 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 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（和钩码）可以在木 板上匀速下滑2） 将n （依次取n=1，2，3，4，5）个钩码挂在轻绳右端，其余N—n个钩码仍留在小车内；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-1图像，经数据处理后可得到相应的加速度a。

3） 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n12345a / m - s -20.200.580.781.00（4）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 时，物体的加速度与其所受的合外力成正比5） 利用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=9.8m • s-2）6） 若以“保持木板水平”来代替步骤（1）,以下说法正确的是 （填入正确选项前的标号）A. a-n图线不再是直线B. a-n图线仍是直线，但该直线不过原点C. a-n图线仍是直线，但该直线的斜率变大3\［答案］(3) 0.39 (4)如下图(5) 0.；45(6)BC［解析］(3)因为小车做初速度为零的匀加速直线运动，故将(2, 0；78)代入s二2at2可得(5) 根据牛顿第二定律可得nmg = ［(5-n)m + M］a，代入m=0；010kg, n=l、2、3、4、5,以与相应的加速度求可得M = 0.45 kg(6) 因为如果不平衡摩擦力，则满足F - f二ma的形式，所以故直线不过原点，但仍是直线，A错误B正确；随着n的增大，小车的总质量在减小，故直线的斜率变大，故C正确。

4、某物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数实验装置如图，一表面粗糙的木板 固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通 过跨过定滑轮的细线与托盘连接打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz开始实验时，在托盘中放 入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点请回答以下问题：(1) 为测量动摩擦因数，以下物理量中还应测量的有填入所选物理量前的字母)A、木板的长度L B、木板的质量m】C、滑块的质量m2 D、托盘和砝码的总质量m3 E、滑块运动的时间t(2) 测量(1)中所选定的物理量时需要的实验器材为3) 滑块与木板间的动摩擦因数卩=(用被测物理量的字母表示，重力加速度为g)与真实值相比， 测量的动摩擦因数(填“偏大”或“偏小”)4、［答案］(1) C D(2)天平(3)m g — (m + m3 2 3偏大,5、某同学设计了如图甲所示的装置来探究小车的加速度与所受合力的关系•将装有力传感器的小车放置 于水平长木板上，缓慢向小桶中加入细砂，直到小车刚开始运动为止，记下传感器的最大示数F以此表 示小车所受摩擦力的大小.再将小车放回原处并按住，继续向小桶中加入细砂，记下传感器的示数F.15 z(1) 接通频率为50Hz的交流电源，释放小车，打出如图乙所示的纸带•从比较清晰的点起，每5个 点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离，则小车加速度a二m/s2.(保留两位有效数字)改变小桶中 砂的重力，多次重复实验，记下小车加速运动时传感器的示数F2，获得多组数据，描绘小车加速度a与合 力F(F=F2-F°)的关系图象，不计纸带与计时器间的摩擦，以下图象中正确的是.0I00a(3) 同一次实验中，小车加速运动时传感器示数F2与小车释放前传感器示数匚的关系是F代(选填“<”、“ = ”或“〉”). 2 1(4) 关于该实验，以下说法中正确的是.A.B.C.D.小车和传感器的总质量应远大于小桶和砂的总质量实验中需要将长木板右端垫髙实验中需要测出小车和传感器的总质量用加砂的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，可更方便地获取多组实验数据5［答案］(1) 0.16 (2) B (3) < (4) D22. （5分）幕同字设计了即图甲所示的装亶来系究小车的締連度与所受合力的关斋，将蔻有 方传感界的小车放蚤于水平任木岳上.缓慢向小桶中加人细砂*宜到小车创幵册运动为 止，记下传感器的最大示数F注再將小车放冋原处井按住+缱錶向小楠中加人纸砂，记下 传寤器的示数尺•然后釋放小车，记录小车运动吋传感黠的示数F“（小车与拴木恆间3 -■» 1.s->■10.75一 23用5一f 7 ： cm的锻大静弯按力等于滑尊寧撼力】光滑小艇力伶感硏gtin 細卓- 甲〔1）接通频車为50 He的便流电憑，释枚小丰.打出茕芾•纸芍上相帮两计数点间还有4子点未画出*测出计数点1、2间和良3间的距离■知圧乙所示+则小车运动的加建度大小 为灯= 口害，「结果悚權三位有效埶字）（2）政交小番中细砂的虫力.务就虫灵宴醴，茯得务亚畫軽.播遂小车网;m憩度总与所受 合方F的关索医煞+不卄纸巻与计时养間的蛮按+医錐中F应是实验中劇禅的 ”& F： - F* 匕.凡一斤 C. Fi KJ. F2心）关于俄实验*下列说法中正确的是 ©气实验中隔妾将拴总板右端垫高茂实验中需姜测出小车和传磐劈茁总质疑U小车和传寤器的总质量应远大于小植和砂的总匮圮D.用抑砂閤方蕊改蛮拉力的大小与崔钩码的方法方便地菽脈窑组实脸麺据立二 Tat）代厶p丽 7 irrf-H- i« ¥ri22. （5 分）⑴4. 30（2 分）（2JBC1 分）（3）0（2^）7、 [2016 •唐山摸底]某同学利用图甲所示的实验装置，探究小车在均匀长木板上的运动规律。

1） 在小车做匀加速直线运动时打出一条纸带，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz,图乙中所示的是每打5个点所取的计数点，暫=3.62 cm, x« = 5.12 cm,由图中数据可求得：小车的加速度为 0.50 m/s2,第3个计数点与第2个计数点的距离（即x）约为 4.12 cm2Tl XX i I JTTMW装氏-J IP 土j今今 歹尸T旳心」悴木枫中（2） 若用该实验装置“探究a与F、M之间的关系”，要用钩码（质量用m表示）的重力表示小车所受的细线拉力，需满足 ，满足此条件做实验时，得到一系列加速度a与合外力F的对应数据，画出a F关系图象，如图丙所示，若不计滑轮摩擦与纸带阻力的影响，由图象可知，实验操作中不当之处为 ;小车的质量M=_1 kg；如果实验时，在小车和钩码之 间接一个不计质量的微型力传感器用来测量拉力F,如图丁所示，从理论上分析，该实验图线的斜率将—5 / 7变大—（填''变大”“变小”或''不变”）3）为了验证动能定理，在用钩码的重力表示小车所受合外力的条件下，在图甲中的装置中，用图乙中1、3两点间对小车用实验验证动能定理的表达式为— 用题中所涉与数据的字母表示，两个计数点间的时间间隔用t表示）8、［2014・##卷，9（2）］某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕 过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关 系•此外还准备了打点计时器与配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等•组装的实验装置如下图.（1）若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些 .（2）实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行.他这样做的目的是以下的哪个 （填字母代号）.A. 避免小车在运动过程中发生抖动B. 可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C. 可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D. 可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力（3）平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运 打出的纸带上点数较少，难以选到适宜的点计算小车速度.在动过快，致使 保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决方法： .（4）他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些.这 一情况可能是以下哪些原因造成的 （填字母代号）.A.在接通电源的同时释放了小车B. 小车释放时离打点计时器太近C. 阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D.钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力 答案（1）刻度尺、天平（包括砝码）（2）D （3）可在小车上加适量的砝码（或钩码）（4）CD9、某同学利用如下图的气垫导轨装置验证系统机械能守恒定律在气垫导轨上安装了两光电门1,2，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连（1）不挂钩码和细线，接通气源，滑块从轨道右端向左运动的过程中，发现滑块通过光电门1所用的时间小于通过光电门2所用的时间.实施以下措施能够达到实验调整目标的是 （ ）A. 调节P使轨道左端升髙一些B. 调节Q使轨道右端降低一些C. 遮光条的宽度应适当大一些D. 滑块的质量增大一些E. 气源的供气量增大一些（2）实验时要调整气垫导轨水平。

不挂 接通气源，释放滑块，如果滑块，则表 已调整至水平状态3）实验时，测出光电门1,2间的距离L,询琴赴哥r钩码和细线， 示气垫导轨遮光条的宽度d,滑块和遮光条的总质量M,钩码质量m.由数字计时器读出遮光条通过光电门1,2的时间分别为ti，t2，则系统机械能守恒成立的表达式是9. (1)AB (2)能在气垫导轨上静止或者做匀速运动或者经过两个光电门的时间相等 (3) mgL =丄(m + M)(—)2 - (m + M)(—)22 t 2 t1 210. (6分)要测量两个质量不等的沙袋的质量，由于没有直接的测量工具，某实验小组选用以下器材：轻质定滑轮(质量和摩擦可忽略)、祛码一套(总质量m=0. 5 kg)、细线、刻度尺、「秒表他们根据已学过 的物理学知识，改变实验条件进行多次测量，选择适宜的变量得到线性关系，作出图线并根据图线的斜率 和截距求出沙袋的质量请完成以下步骤1) 实验装置如下图，设右边沙袋A质量为叫，左边沙袋B的质量为m2.(2) 取出质量为m'的祛码放在右边沙袋中，剩余祛码都放在左边沙袋中，发现A下降，B上升左右 两侧砧码的总质量始终不变)⑶用刻度尺测出A从静止下降的距离h,用秒表测出A下降所用的时间t测可知A的加速度大小a=(4) 改变m'，测量相应的加速度a,得到多组m'与a的数据，作出(填或)图线。

5)若求得图线的斜率k=4 m/ (kg・s2)，截距h=2 m/s2 ,则沙袋的质量m】二kg, = kg10. a=2h/t2 a-m' m1=3kg m2=1.5kg。