高考试题中的力学实验问题转载者嗄喵.doc

高考试题中的力学实验问题 陕西省宝鸡市陈仓区教育局教研室　邢彦君 　　1．验证平行四边形法则 ? 　　例1（山东理综-23-1）某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物，如图1所示。 ? ? 　　①为完成该实验，下述操作中必需的是　　　　　　　。 ? 　　a．测量细绳的长度 ? 　　b．测量橡皮筋的原长 ? 　　c．测量悬挂重物后橡皮筋的长度 ? 　　d．记录悬挂重物后结点O的位置 ? 　　②钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是　　　　　。 ? 　　解析：本实验中，结点O受三个拉力处于静止状态，三力彼此平衡，任意两个力的合力与第三个力等值反向。只要以两橡皮筋的伸长量（代表两个拉力的大小）成正比为长沿OA、OB方向为邻边做平行四边形，只要该平行四边形的对角线与悬挂重物的橡皮筋在一条直线上，与表示其拉力的线段相等，即验证了平行四边形法则，故实验要测量橡皮筋的原长、悬挂重物后的长度，才能算出橡皮筋受力后的伸长量，为了确定拉力的方向，每次必须记录结点O的位置。 ? 　　由于钉子位置固定，可改变的条件只能是所悬挂的重物的质量。 ? 　　点评：三个共点力平衡，任意两力的合力与第三力平衡，即等大反向。 ? 　　2．探究加速度与物体质量、物体受力的关系 ? 　　例2（江苏物理-11）“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图2-甲所示。 ? ? 　　（1）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸袋如图2-乙所示。计时器打点的时间间隔为0．02s。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。该小车的加速度a=___m/s2。（保留两位有效数字） ? ? 　　（2）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上。挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表： ? 砝码盘中砝码总重力F(N) 0．196 0．392 0．588 0．784 0．980 加速度a（m．s-2） 0．69 1．18 1．66 2．18 2．70 ? 　　请根据实验数据作出a-F的关系图像。 ? 　　（3）根据提供的试验数据作出的a-F图线不通过原点，请说明主要原因。 ? 　　解析：（1）处理匀变速直线运动中所打出的纸带，求解加速度用公式，Δs为连续相邻相等时间内的位移差，T为连续相等的时间间隔，如果每5个点取一个点，则连续两计数点的时间间隔为T=0．1s，由图知，带入可得加速度a=0．16m/s2。（也可以使用最后一段和第二段的位移差求解，得加速度a=0．15m/s2。） ? 　　（2）为使图线倾斜程度合适（以与水平方向夹角45°左右为宜。），确定F的范围从0设置到1N较合适，而a则从0到3m/s2较合适。设好刻度建立坐标，根据数据确定各点的位置，将各点用一条直线连起来，延长交与坐标轴某一点。如图3所示。 ? ? 　　（3）图线与纵坐标相交而不过原点，说明当不挂砝码时，小车有加速度，即绳对小车有拉力，从拉力的来源考虑很容易得到答案，是因为砝码盘的重力，而在（2）问的图表中只给出了砝码的总重力，而没有考虑砝码盘的重力。 ? 　　例3（上海物理-17）如图4为“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验装置。 ? ? 　　（1）在该实验中必须采用控制变量法，应保持___________不变，用钩码所受的重力作为___________，用DIS测小车的加速度。 ? 　　（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线（如图5所示）。 ? ? 　　①分析此图线的OA段可得出的实验结论是______________。 ? 　　②（单选题）此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是（　　） ? 　　（A）小车与轨道之间存在摩擦 ??（B）导轨保持了水平状态 ? 　　（C）所挂钩码的总质量太大??? ?（D）所用小车的质量太大 ? 　　解析：决定物体的加速度的物理量有合力与质量两个因素，实验中需逐一研究它们对加速度的影响，但研究一个量的影响时必须控制另一量保持不变，这就是控制变量法。在钩码质量较小时，小车的加速度较小，钩码的重力略大于小车所受拉力，若不考虑小车所受阻力或较好地平衡了阻力，可用钩码重力近似代替小车所受合力。 ? 　　图线的OA段是过原点的直线，因此可得出结论：在