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专题提升训练16力学实验1.研究性学习小组为研究匀变速直线运动的规律和测当地的重力加速度,采用了如图甲所示的装置,其中m1=50 g、m2=150 g,开始时保持装置静止,然后释放质量为m2的物块,该物块可以带动质量为m1的物块拖着纸带打出一系列的点,只要对纸带上的点进行测量,即可研究匀变速直线运动。某次实验打出的纸带如图乙所示,0是打下的第一个点,每相邻两点间还有4个点没有标出,交变电流频率为50 Hz。甲乙(1)系统的加速度大小为a= m/s2,在打点05的过程中,系统动能的增量Ek= J。(2)忽略一切阻力的情况下,某同学作出的v22-h图像如图丙所示,则当地的重力加速度g= m/s2。丙答案:(1)4.80.576(2)9.6解析:(1)由纸带可以求出系统的加速度:x56-x45=aT2,而相邻计数点间的时间间隔为T=0.1s,代入数据可解得加速度大小为a=4.8m/s2,在打计数点05的过程中,系统动能的增量为Ek=12(m1+m2)v52,打计数点5的瞬时速度为v5=x462T=2.4m/s,则Ek=0.576J。(2)由两物块组成的系统的重力势能减少量等于动能的增加量可得(m2-m1)gh=12(m1+m2)v2,整理得v22=(m2-m1)ghm1+m2=gh2,则图像斜率为k=g2,重力加速度为g=2k=9.6m/s2。2.(2019天津和平区二模)某研究性学习小组利用气垫导轨进行物理实验,实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电门,滑块上固定一遮光条,光电门可以记录下遮光条通过光电门时所用的时间。滑块上装有拉力传感器,可以读出细线上的拉力大小。(1)实验前用螺旋测微器测遮光条宽度d,测量结果如图乙所示,则d= mm。(2)滑块用细线跨过气垫导轨右端的定滑轮与托盘(盘内有砝码)相连,将滑块由图甲所示位置释放,若已知遮光条通过两个光电门所用时间分别为t1、t2以及遮光条宽度为d,还测出两光电门间距离l,则滑块的加速度可用上述物理量表示为a=。(3)利用该实验装置还可以进行牛顿第二定律的验证,关于牛顿第二定律的验证某同学提出如下观点,其中正确的是。A.测量遮光条宽度时可以采取多次测量取平均值的方法消除系统误差B.实验中加速度已由中获得,只需读取拉力传感器的读数F并测得滑块、遮光条、拉力传感器的总质量m,即可验证牛顿第二定律C.因为拉力传感器可以直接读取拉力,所以不需要调整气垫导轨右端定滑轮的高度,使牵引滑块的细绳与导轨平行D.因为拉力传感器可以直接读取拉力,所以不需要托盘和砝码的总质量m远小于滑块、遮光条、拉力传感器的总质量m答案:(1)8.475(8.4748.476)(2)12ldt22-dt12(3)BD解析:(1)螺旋测微器的固定刻度读数为8.0mm,可动刻度读数为0.0147.5mm=0.475mm,所以最终读数为8.0mm+0.475mm=8.475mm。(2)根据遮光板通过光电门的速度可以用平均速度代替得滑块通过第一个光电门时的速度为v1=dt1滑块通过第二个光电门时的速度为v2=dt2滑块的加速度为a=v22-v122l=12ldt22-dt12。(3)测量遮光条宽度时可以采取多次测量取平均值的方法减小偶然误差,而系统误差不能消除,故A错误;实验中加速度已由中获得,只需读取拉力传感器的读数F并测得滑块、遮光条、拉力传感器的总质量m,即可验证牛顿第二定律,故B正确;拉力传感器可以直接读取拉力,但仍需要调整气垫导轨右端定滑轮的高度,使牵引滑块的细绳与导轨平行,故C错误;因为拉力传感器可以直接读取拉力,所以不需要托盘和砝码的总质量m远小于滑块、遮光条、拉力传感器的总质量m,故D正确。3.(2019天津武清区月考)为了探究加速度与力、质量的关系,现提供如图甲所示的实验装置。请思考探究思路并回答下列问题:甲乙(1)为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取做法是。A.将不带滑轮的木板一端适当垫高,使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动B.将不带滑轮的木板一端适当垫高,使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动C.将不带滑轮的木板一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动D.将不带滑轮的木板一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动(2)消除小车与水平木板之间摩擦力的影响后,可用钩码总重力代替小车所受的拉力,此时钩码质量m与小车总质量m之间应满足的关系为。(3)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(如图乙所示)。分析此图线的OA段可得出的实验结论是。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(4)某同学以小盘和盘内砝码的总重力作为细线对小车的拉力F,测出不同拉力F对应的加速度a值,并把各数据标在a-F坐标系上,发现它们都在一条直线的附近,这条直线不过坐标原点,如图丙所示,产生这种情况的原因是,经过调整后,该同学作出的a-F图像如图丁中的A所示,另一位同学使用同一套仪器作出的a-F图像如图丁中的B所示。则mAmB(填“”“=”或“”)。答案:(1)C(2)mm(3)在误差允许范围内,质量一定的情况下,物体的加速度与物体所受的合外力成正比C(4)平衡摩擦力不够或没有平衡摩擦力解析:(1)把长木板的一端垫得过高,使得倾角偏大,会导致重力沿斜面向下的分力偏大,摩擦力偏小,而且重力沿斜面向下的分力大于摩擦力,这样在没有绳子的拉力作用下,小车就会产生加速度,故选C。(2)设小车加速度为a,对小车F=ma对重物F-mg=ma联立解得a=mgm+m=g1+mm,所以重物的质量m应远小于小车的质量m。(3)对OA段分析可知,在误差允许范围内,质量一定的情况下,物体的加速度与物体所受的合外力成正比;由(2)分析可知,图像AB发生弯曲的原因是钩码的质量不是远小于小车的质量;(4)由图像可知,图线不通过坐标原点,F不为零时,加速度仍为零,故没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。根据牛顿第二定律F=ma,有a=Fm,所以在a-F图像中斜率表示1m,故斜率大的质量小,两条图像斜率不同,A图线的斜率大,其研究对象的质量必定小;B图线斜率小,其研究对象的质量必定大。而本题中的研究对象是小车及车上砝码,所以B图线表示的小车及车上砝码总质量较大,即mAm2,r1r2B.m1m2,r1m2,r1=r2D.m1m2,r1=r2(2)设入射小球的质量为m1,被碰小球的质量为m2,则在用甲装置实验时,验证动量守恒定律的公式为(用装置图中的字母表示)。(3)若采用乙装置进行实验,以下所提供的测量工具中必须有的是。A.毫米刻度尺B.游标卡尺C.天平D.弹簧测力计E.停表(4)在实验装置乙中,若小球和斜槽轨道非常光滑,则可以利用一个小球验证小球在斜槽上下滑过程中的机械能守恒。这时需要测量的物理量有:小球静止释放的初位置到斜槽末端的高度差h1,小球从斜槽末端水平飞出后做平抛运动到地面的水平位移s、竖直下落高度h2。则所需验证的关系式为。(不计空气阻力,用题中的字母符号表示)答案:(1)C(2)m1lOP=m1lOM+m2lON(3)AC(4)s2=4h1h2(其他合理形式均可)5.(2019湖北黄冈质检)某同学在家中找到两根一样的轻弹簧P和Q、装有水的总质量m=1 kg的矿泉水瓶、刻度尺、量角器和细绳等器材,设计如图所示的实验验证力的平行四边形定则,同时测出弹簧的劲度系数k。其操作如下:a.将弹簧P上端固定,让其自然下垂,用刻度尺测出此时弹簧P的长度l0=12.50 cm;b.将矿泉水瓶通过细绳连接在弹簧P下端,待矿泉水瓶静止后用刻度尺测出此时弹簧P的长度l1,如图甲所示,则l1= cm;c.在细绳和弹簧Q的挂钩上涂抹少许润滑油,将细绳搭在挂钩上,缓慢地拉起弹簧Q,使弹簧P偏离竖直方向的夹角为60(弹簧P的长度不变),测出弹簧Q的长度为l2及其轴线与竖直方向夹角为,如图乙所示。(1)取重力加速度g=10 m/s2,则弹簧P的劲度系数k=;(2)若要验证力的平行四边形定则,l2和需满足的条件是l2= cm,=。答案:17.50(1)200 N/m(2)17.5060解析:由题图甲可读出l1=17.50cm;(1)弹簧P的劲度系数k=mgl=10(17.50-12.50)10-2N/m=200N/m。(2)由平衡条件可知FTPcos60+FTQcos=mg;FTPsin60=FTQsin;由题意可知FTP=mg;联立解得FTQ=mg,=60,则l2=l1=17.50cm。6.(2019广东深圳调研)某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置来测量物体间的动摩擦因数,实验步骤如下:甲乙把“”形木块放在光滑水平面上,木块表面AB、BC粗糙程度相同;木块右侧与竖直墙壁之间连接着一个力传感器(当力传感器受到水平压力时,其示数为正值;当力传感器受到水平拉力时,其示数为负值);一个可视为质点的滑块从C点由静止开始下滑,运动过程中,传感器记录到的力与时间的关系如图乙所示(滑块经过B时的速率不变)回答下列问题:(1)为了测出滑块与“”形木块的动摩擦因数,需要测量或已知哪些物理量。A.BC的长度B.斜面BC的倾角C.图乙中F1的大小D.图乙中F2的大小E.AB的长度(2)若已经通过实验得到甲中所需物理量,滑块与“”形木块间的动摩擦因数=。答案:(1)BCD(2)F2cossinF1+F2cos2解析:(1)设滑块质量为m,对“”形木块受力分析,由平衡条件可知F1=mgcossin-mgcoscosF2=mg,联立两式可得=F2cossinF1+F2cos2,则为了测出动摩擦因数,要测量的物理量是斜面BC的倾角、题图乙中F1、F2的大小,故选B、C、D。(2)由(1)可知滑块与“”形木块间的动摩擦因数为=F2cossinF1+F2cos2。- 6 -
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