力学实验专题复习

力学实验专题复习

─力学实验中的斜面模型

一、物体在斜面上的运动

例1.（07年北京理综）某同学用右图所示的实验装置研究小车在斜面上的运动。实验步骤如下：

a．安装好实验器材。

b．接通电源后，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动，重复几次。选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每两个打点间隔取一个计数点，如下图中0、1、2??6点所示。

c．测量1、2、3??6计数点到0计数点的距离，分别记作：S1、S2、S3??S6。 d．通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做匀速直线运动。 e．分别计算出S1、S2、S3??S6与对应时间的比值

S1S6S、2?。 t1t2t6 f．以S/t为纵坐标、t为横坐标，标出S/t与对应时间t的坐标点，划出

0 1cm 2 3 4 5 6 7 8 9 St—t图线。

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 0 1 S1 S2 2 S3 3 4 5 6 S4 S5 S6 2 3 13 0 1 cm 0 1 2 5

结合上述实验步骤，请你完成下列任务：

①实验中，除打点及时器（含纸带、复写纸）、小车、平板、铁架台、导线及开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有 和 。（填选项代号） A．电压合适的50 Hz交流电源 B．电压可调的直流电源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平 F．重锤

②将最小刻度为1 mm的刻度尺的0刻线与0计数点对齐，0、1、2、5计数点所在位置如图所示，则S2＝ cm，S5＝ cm。

③该同学在右图中已标出1、3、4、6计数点对应的坐标，请你在该图中标出与2、5

1

两个计数点对应的坐标点，并画出图。 ④根据

StSt—t

St－ /cm·s1 —t图线判断，在打0计数

80 70 点时，小车的速度v0＝ m/s；它

在斜面上运动的加速度a＝ m/s2。 60 50 40

30

20

10 10 15 25 0 5 20

例2.（07年广东）像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用

显示屏 计时仪器，其结构如图所示，d a、b分别是光电门的激光发射00.0 P L 1 和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以光电计时器 2 Q 显示物体的挡光时间。

M b N

现利用图所示装置测量a 滑块和长lm左右的木块间的光电门

动摩擦因数，图中MN是水平

桌面，Q是木板与桌面的接触点，15 cm 6 7 和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器设有画出。此外在木板顶端的P

20 5 10 0 15 点还悬挂着一个铅锤，让滑块从木

板的顶端滑下，光电门l、2各自连

接的计时器显示的挡光时间分别为5.0?10?2s和2.0?10?2s。用游标卡尺测量小滑块的宽

度d，卡尺数如图图所示。

（1）读出滑块的宽度d ＝ cm。

2

（2）滑块通过光电门1的速度v1 = m/s，滑块通过光电门2的速度v2 = m/s。 （3）若仅提供一把米尺，已知当地的重力加速度为g，为完成测量，除了研究v1、v2和两个光电门之间的距离L外，还需测量的物理量是 （说明各量的物理意义，同时指明代表物理量的字母）。

（4）用（3）中各量求解动摩擦因数的表达式μ= （用字母表示）。 A.只有甲同学 B.只有乙同学 C.只有丙同学 D.甲同学和丙同学

二、利用斜面产生恒力

例3.（07年海南卷）现要验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律。给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面（如图）、小车、计时器一个、米尺。

（1）填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤（不考虑摩擦力的影响）：

①让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2，记下所用的时间t。 ②用米尺测量A1与A2之间的距离s，则小车的加速度a＝ 。

③用米尺测量A1相对于A2的高度h。设小车所受重力为mg，则小车所受的合外力F＝ 。

④改变 ，重复上述测量。 ⑤以h为横坐标，1/t2为纵坐标，根据实验数据作图。如能得到一条过原点的直线，则可验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律。

（2）在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中，某同学设计的方案是： ①调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑。测量此时A1点相对于斜面底端A2的高度h0。

②进行⑴中的各项测量。

③计算与作图时用（h－h0）代替h。 对此方案有以下几种评论意见： A．方案正确可行。

B．方案的理论依据正确，但利用所给的器材无法确定小车在斜面上是否做匀速运动。 C．方案的理论依据有问题，小车所受摩擦力与斜面倾角有关。 其中合理的意见是 。

例4 某同学用倾斜的气垫导轨等仪器来探究在质量一定时加速度与力之间关系，他所依据的实验原理是物体在倾斜的气垫导轨上的合力为F?mghL（L为导轨对应部分的

长度，h为在导轨下所垫物块的高度），为改变力F的大小，他分别在对应部位垫上两块、

2F、3F、4F?；在气垫导轨的下三块、四块等相同的物块，从而使对应的作用力分别为F、端安装一计时器，记下挡光片通过光电门的时间?t。

2F、3F、4F?，在垫（1）为保证每次改变物块数目时，使得物体所受合力分别为F、物块前，是否需要调节气垫导轨，使之水平

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次数 垫高 ?t(s) 1/?t21 h 0.01 2 2h 0.007 3 3h 0.0058 4 4h 0.005 5 5h 0.0045 10000 19881 29929 40000 50000 （2）该同学每次让滑块从同一位置下滑，记下对应的时间如下表

他在探究在质量一定时加速度与力之间关系时，他猜测在质量一定时，加速度与力成正比，为此，他用作图的方法进行数据处理，并以h为横坐标，请你标出纵坐标对应的物理量，并作出对应的图象。

三、利用斜面消除摩擦力的影响

例7.某同学在利用如图所示装置“探究物体运动的加速度与合外力、质量关系”的实验时，他通过如下方法来平衡摩擦力，具体步骤是：不挂砂和砂桶，调节长木板的倾角，直到小车下滑，他的这一操作方法是否存在问题，若存在问题，应如何修正？

他通过测量，把砂和砂桶的重量当作小车的合外力F，作出a-F图线。如图中的实线所示。试分析：图线不通过坐标原点O的原因是 ；曲线上部弯曲的原因是 .

a 滑块 打点计时器 细线 滑轮 纸带 长木板 水平实验台

小沙桶 0 F

例8.（南通市2008届基础调研测）某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打打点计时器 滑块 细线 滑轮 纸带 点计时器所用的学生电源用细线、导线、复

写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上

长木板 纸带，通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小

水平实验台 桶，滑块处于静止状态．

小沙桶

若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：

（1）你认为还需要的实验器材有 ．

（2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是 ，实验时首先要做的步骤是 ． （3）在（2）的基础上，某同学用天平称量滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，

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