力学创新实验

考点一、实验器材的等效与替换 1、用电子秤替换弹簧测力计]
一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四 边形定则。

（1）如图（a ），在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶， 记下水壶
⑵如图（b ），将三细线L i 、L 2、L 3的一端打结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉 A 和
水壶杯带上。

水平拉开细线 L t ,在白纸上记下结点 0的位置、 _________________ 和电子秤的示数
F i °
（3）
如图（c ）,将另一颗墙钉 B 钉在与0同一水平位置上，并将
L i 拴在其上。

手握电子秤
沿着⑵中L 2的方向拉开细线 L 2,使 _____________________ 和三根细线的方向与（2）中重合，记录电 子秤的示数F 2。

（4）
在白纸上按一定标度作出电子秤拉力 F 、
F i 、F 2的图示，根据平行四边形定则作出
F i 、
F 2的合力F '的图示，若 ________________ ，则平行四边形定则得到验证。

答案：（i ）静止（2）三细线的方向 （3）结点0的位置
（4）F 和F '在误差范围内重合
2、气垫导轨、拉力传感器、光电门替换长木板、打点计时器
]
某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理。

导紈标尺:
I
（i ）将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离 _______ cm ;
⑵测量挡光条的宽度 d ,记录挡光条通过光电门
i 和2所用的时间 Ati 和&2,并从拉力
力学创新实验
________ 时电子秤的示数 F 。

光电门1
光电门2
::
细绳
定滑轮
20
30-
............ 70 fir,
⑹
传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是
⑶该实验是否需要满足砝码盘和砝码总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质 量？ (填“是”或“否”)
答案：(1)50.0(2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量 M(3)否
考点二、实验结论的拓展与延伸
1、由测定加速度延伸为测定交流电的频率
]
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, 20 Hz 、30 Hz 和40 Hz 。

打出纸带的一部分如图 (b)所示。

(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C 点时重物下落的速度大小 为 ________ ，重物下落的加速度大小为 __________ 。

(2) 已测得 9= 8.89 cm , s 2= 9.50 cm , s 3= 10.10 cm ;当地重力加速度大小为 9.80 m/s 2,
实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 ___________ Hz 。

答案：(1)2"9+ S 2) 1
f(S 2 + S 3) 1f 2(S 3 - 3)
(2) 40
2、由测定加速度延伸为测定动摩擦因数
]
(2016云南统测)一学生用如图甲所示的装置测量木块与木板间的动摩擦因数。

在桌面上 放置一块水平长木板，木板一端带滑轮，另一端固定一打点计时器。

木块一端拖着穿过打点 计时器的纸带，另一端连接跨过定滑轮的绳子，在绳子上悬挂一定质量的钩码后可使木块在 木板上匀加速滑动。

实验中测得木块质量
M = 150 g ,钩码质量 m = 50 g o
ABCDE
1
:-i 1
A
(1)实验开始时，应调整滑轮的高度，让绳子与木板 ____________ ； ⑵实验中得到如图乙所示的纸带，纸带上
A 、
B 、
C 、
D 、
E 是计数点，相邻两计数点之
可以使用的频率有
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题给条件进行推算。

木块打点计吋曙
抵带
甲
间的时间间隔是0.10 s,所测数据在图中已标出，根据图中数据可求得木块运动的加速度a=
2
_______ m/s （结果保留两位有效数字）;
⑶根据实验原理可导出计算动摩擦因数的表达式 尸 ________ （用M 、m 、g 、a 表示）；
取
g = 10 m/s 2，代入相关数据可求得
尸 ________ （计算结果保留一位有效数字
）。

答案： ⑴平行 （2）0.25 （3）m - M ] “ * 0.3
M Mg 考点三、试题情景的设计与创新
1、利用平抛运动探究功与速度变化的关系
在“探究功与速度变化的关系”实验中，采用如图甲所示装置，水平正方形桌面距离地面高 度为h ,将橡皮筋的两端固定在桌子边缘上的两点，
将小球置于橡皮筋的中点， 向左移动距离
s,使橡皮筋产生形变，由静止释放后，小球飞离桌面，测得其平抛的水平射程为 L 。

改变橡
皮筋的条数，重复实验。

（1）实验中，小球每次释放的位置应 ________ （填“不同” “相同”或“随意” ）。

⑵取橡皮筋对小球做功 W 为纵坐标，为了在坐标系中描点得到一条直线，如图乙所示，
应选为 ________ 横坐标（选L 或L 2）。

若直线与纵轴的截距为 b ,斜率为k ,可求小球与桌面间 的动摩擦因数为 ________ （使用题中所给符号表示）。

2、利用钢球摆动验证机械能守恒定律 ]
某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。

一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球 静止于A 点。

光电门固定在 A 的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为
d 的遮光条。

将
钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间 为钢球经过 A 点时的速度。

记录钢球每次下落的高度 h 和计时器示数t ,计算并比较钢球在释 放点和A 点之间的势能变化大小 AEp 与动能变化大小 AEk ，就能验证机械能是否守恒。

（1）用A E p = mgh 计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度 h 应测量释放时的钢
球球心到 _______ 之间的竖直距离。

A .钢球在A 点时的顶端
B .钢球在A 点时的球心
C .钢球在A 点时的底端
答案：（1）相同
b
4hsk
t 可由计时器测出，取v =半作 屮
乙
—
”谴光条
||||||||| 1111 1 1 1 H 11 1 1 11 1 1 1 1
% 1
2
⑵用AE k = 1mv 2计算钢球动能变化的大小。

用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图所示,
m/s 。

⑶下表为该同学的实验结果:
的观点？请说明理由。

(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。

答案：(1)B
(2)1.50(1.49 〜1.51 都算对)
L 和I ，计算AE k 时，将v 折算成钢球的速度 3、利用凹形桥模拟器测小车过桥最低点的速度
)某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。

所用器
完成下列填空:
(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图 _______ k g 。

(3)
将小车从凹形桥模拟器某一位置释
放，小车经过最低点后滑向另一侧。

此过程中托盘 秤的最大示数为 m ;多次从同一位置释放小车，记录各次的
m 值如下表所示。

序号 1 2 3 4 5 m(kg)
1.80
1.75
1.85
1.75
1.90
--------------- ^2 ----- AEp(X 10 J)
4.892
9.786 14.69 19.59 29.38 AEk( X 10 J)
5.04 10.1
15.1
20.0
29.8
他发现表中的 AEp 与AEk 之间存在差异, 认为这是由于空气阻力造成的。

你是否同意他 其读数为
cm 。

某次测量中，计时器的示数为 0.010 0 s 。

则钢球的速度为 v =
1.50(1.49〜1.51都算对)(3)不同意，因为空气 阻力会造成 AEk 小于 A E p ，但表中 AEk 大于
△E p 。

⑷分别测出光电门和球心到悬点的长度
材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器
凹羽桥模拟器
(圆弧部分的半径为 R = 0.20 m)。

(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图
(a)所示，托盘秤的示数为
1.00 kg 。

(b)所示，该示数为
N ;小车通过最低 托盘秤
(a)
m /s 。

(重力加速度大小取 9.80 m/ s 2,计算结果保留2位有效数
字)
(4) 7.9 1.4
点时的速度大小为
答案： (2)1.40。