题目内容

3．如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．
（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件；
B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；
C．用天平测量出重锤的质量；
D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；
E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的空行内，并说明其原因．
答：B：错误，应接到交流输出端上；
C：没有必要测量m；
D：错误，应先接通开关，让第1点打清楚再放开重物．
（2）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值．如图2所示，根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为S0，点A、C间的距离为s1，点C、E间的距离为s2，使用交流电的频率为f，则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式为：a=$\frac{（{S}_{2}-{S}_{1}）{f}^{2}}{4}$．

（3）在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总能大于重锤动能的增加，其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，可以通过该实验装置测定该阻力的大小．若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g，还需要测量的物理量是重锤的质量m．试用这些物理量和纸带上的测量数据表示出重锤的下落的过程中受到的平均阻力大小为F=$mg-m\frac{{（{S_2}-{S_1}）{f^2}}}{4}$．

分析 （1）结合实验的原理及实验步骤及实验误差分析求得；
（2）有实验中数据的逐差法求解；
（3）对物体受力分析，根据牛顿第二定律求得．

解答 解：（1）没有必要进行的步骤是：
因为我们是比较mgh、$\frac{1}{2}$mv2的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平．故C没有必要．故选C．
操作不恰当的步骤是：
应将打点计时器接到电源的交流输出端上，故B错误．
开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故D错误．
（2）对数据的处理计算加速度利用逐差法，△x=aT2代入数据求得：a=$\frac{{S}_{2}-{S}_{1}}{4{T}^{2}}$=$\frac{（{S}_{2}-{S}_{1}）{f}^{2}}{4}$；
（3）对小球受力分析，小球受重力和阻力，由牛顿第二定律可知：mg-F=ma，
解得：F=m（g-a），故实验中需测量重锤的质量m，
利用牛顿第二定律求解：F=m（g-a）=$mg-m\frac{{（{S_2}-{S_1}）{f^2}}}{4}$；
故答案为：（1）B：错误，应接到交流输出端上；C：没有必要测量m；D：错误，应先接通开关，让第1点打清楚再放开重物．
（2）$\frac{（{S}_{2}-{S}_{1}）{f}^{2}}{4}$；
（3）重锤的质量m，$mg-m\frac{{（{S_2}-{S_1}）{f^2}}}{4}$．

点评 正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析所需实验器材、实验步骤，数据的处理等，合理的根据实验原理结合理论知识确定物理量之间的关系．

练习册系列答案
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7．如图所示为某质点运动的速度-时间图象，2～4s图线为半圆形，若4s末物体回到了出发点，下列说法中错误的是（　　）
A．1～2 s质点的加速度大小为10 m/s2B．3 s末质点的速度vx=10 m/s
C．3 s末质点的加速度等于零D．2～4 s质点的位移大小为10 m
8．一个小球从距地面4m高处落下，被地面弹回，在距地面1m处被接住，坐标原点定在抛出点正下方2m处，向下方向为坐标轴的正方向，则小球的抛出点、落地点、接住点的位置坐标以及运动的路程和位移分别是（　　）
A．-2m、-2m、1m、6m、-3mB．-4m、0m、-1m、7m、3m
C．2m、-2m、-1m、5m、-3mD．-2m、2m、1m、5m、3m
11．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳．

①图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示，下列说法中正确的是（双选）BC
A．图乙中的F是力F1和F2合力的理论值，F′是力F1和F2合力的实际测量值
B．图乙中的F′是力F1和F2合力的理论值，F是力F1和F2合力的实际测量值
C．在实验中，如果将细绳也换成橡皮条，那么对实验结果没有影响
D．在实验中，如果将细绳也换成橡皮条，那么对实验结果有影响
②本实验采用的科学方法是B
A．理想实验法   B．等效替代法   C．控制变量法   D．建立物理模型法
③以下操作中正确的是B
A．同一次实验过程中，O点位置允许变动
B．实验中，弹簧秤必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度
C．实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧秤拉力的大小和方向，把橡皮条另一端拉到O点
D．实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两弹簧秤之间夹角应取90°，以便于算出合力的大小．
18．2015年10月在毫州一中高三年级举行的乒乓球比赛中，小明发出一记幸运球，他从乒乓球边缘正上方对正前方抛发球，结果球刚好既擦网，又点中对方球台边缘．已知球台长3米，网高30厘米，不计空气阻力（提示：乒乓球发球规则：必须在己方和对方台面各反弹一次），求小明发球的高度和初速度．
8．人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动时，以下叙述正确的是（　　）
A．卫星的运行速度一定大于或等于第一宇宙速度
B．在卫星中用弹簧秤称一个物体，读数为零
C．在卫星中，一个天平的两个盘上，分别放上质量不等的两个物体，天平不偏转
D．在卫星中一切物体的质量都为零
15．小明同学为测量某金属丝的电阻率，他截取了其中的一段，用米尺测出金属丝的长度L，用螺旋测微器测得其直径为D，用多用电表粗测其电阻约为R．
①该①该同学将米尺的0刻度线与金属丝的左端对齐，从图（甲）中读出金属丝的长度L=191.0mm．
②该①该同学用螺旋测微器测金属丝的直径，从图（乙）中读出金属丝的直径D=0.680mm．
③该①该同学选择多用电表“×10”档粗测金属丝的电阻，从图（丙）中读出金属丝的电阻R=220Ω．

④接着，该同学用伏安法尽可能精确地测出该金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属丝的电阻率．实验室提供的器材有：
A．直流电源E（电动势4V，内阻不计）
B．电流表A1（量程0～3mA，内阻约50Ω）
C．电流表A2（量程0～15mA，内阻约30Ω）
D．电压表V1（量程0～3V，内阻10kΩ）
E．电压表V2（量程0～15V，内阻25kΩ）
F．滑动变阻器R1（阻值范围0～15Ω，允许通过的最大电流2.0A）
G．滑动变阻器R2（阻值范围0～2kΩ，允许通过的最大电流0.5A）
H．待测电阻丝Rx，开关、导线若干
要求较准确地测出其阻值，电流表应选C，电压表应选D，滑动变阻器应选F．（用器材前的字母表示即可）
⑤用图所示的电路进行实验测得Rx，实验时，开关S2应向1闭合（选填“1”或“2”）．
⑥请根据选定的电路图，在如图1所示的实物上画出连线（部分线已画出）．

⑦在下列测定金属丝的电阻率的几个步骤中，错误的是AF．
A．先用米尺测出金属丝的长度，再将金属丝两端固定在接线柱上悬空拉直；
B．用螺旋测微器在不同位置测出金属丝的直径D各三次，求平均值$\overline{D}$；
C．打开开关，将选好的实验器材按图1连接成实验电路；
D．闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表和电压表有合适的示数，读出并记下这组数据；
E．改变滑动变阻器的滑键位置，重复进行实验，测出6组数据，并记录在表格中；
F．分别计算出电流平均值（$\overline{I}$）和电压的平均值（$\overline{U}$），再求出电阻的平均值$\overline{R}$=$\frac{\overline{U}}{\overline{I}}$；
G．根据电阻定律计算出该金属丝的电阻率．
⑧设金属丝的长度为L（m），直径的平均值为$\overline{D}$（m），电阻的平均值为$\overline{R}$（Ω），则该金属丝电阻率的表达式为ρ=$\frac{π{D}^{2}R}{4L}$．
12．（1）电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流（填直流或交流）电源的仪器，电磁打点计时器的工作电压是6 V，电火花计时器的工作电压是220 V，当电源频率是50Hz时，它每隔0.02s打一次点．
（2）若下面两图为某同学在做电磁打点计时器实验时，获得的两条纸带：两图中做变速直线运动的是乙．
13．如图用伏安法测电阻时，如果不知道待测电阻的大概值时，为了选择正确的电路以减少误差，可将电压表一个接头分别在a、b两点接触一下，如果安培表读数变化明显，则P应接在b处，如果伏特表读数变化明显，则P应接在a处．

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