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力学实验专项训练(时间:45分钟满分:100分)1.(16分)(2019山东济宁模拟)某同学用如图甲所示的实验装置测量滑块与桌面间的动摩擦因数。实验中滑块放在水平桌面上,在轻质动滑轮上悬挂不同的重物,使滑块从同一位置由静止加速运动。滑块经过光电门时,配套的数字毫秒计测出遮光条的挡光时间t,读出弹簧测力计的示数F,作出1t2-F关系图像如图乙所示。已知滑块到光电门的距离x=45 cm,遮光条的宽度d=3 mm(忽略绳子质量及绳子与滑轮之间的摩擦,g取10 m/s2)。甲乙(1)由图甲判断下列说法正确的是。A.实验中滑块的质量应远小于重物的质量B.实验中滑块的质量应远大于重物的质量C.实验中与滑块相连的轻绳与桌面一定要平行D.实验中与滑块相连的轻绳与桌面可以不平行(2)由图乙可得滑块的质量为m= kg,滑块与桌面间的动摩擦因数为=。答案:(1)C(2)0.50.3解析:(1)因弹簧测力计能测出绳子的拉力,所以只需保持与滑块相连的轻绳与桌面平行,滑块的合外力就等于弹簧测力计的示数,故正确的是C。(2)由牛顿第二定律得F-mg=ma,又v2=2ax,v=dt,联立得1t2=2xmd2F-2gxd2,根据题图乙1t2-F图像的斜率、截距得m=0.5kg,=0.3。2.(16分)(2019江苏无锡模拟)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图甲所示,轻弹簧放置在倾斜的长木板上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。甲(1)实验中涉及下列操作步骤:松手释放物块;接通打点计时器电源;木板一端抬高以平衡摩擦;向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量。上述步骤正确的操作顺序是(填序号)。(2)甲同学实际打点结果如图乙所示,观察纸带,判断测量值比真实值(选填“偏小”或“偏大”)。乙(3)乙同学实际打点结果如图丙所示。打点计时器所用电源的频率为50 Hz,物块质量为200 g,结合纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为 m/s,相应的弹簧的弹性势能为 J。(结果均保留两位有效数字)丙答案:(1)(2)偏小(3)0.780.061解析:(2)由纸带可知,物块先加速后减速,由此可知肯定是平衡摩擦力不够,弹簧的弹性势能一部分克服摩擦力做功,则弹簧弹性势能的测量值小于真实值。(3)物块脱离弹簧时的速度为v=xt=1.5610-20.02m/s=0.78m/s;弹性势能Ep=12mv2=120.20.782J=0.061J。3.(16分)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。所用器材有:玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R=0.20 m)。完成下列填空:(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上,如图甲所示,托盘秤的示数为1.00 kg。(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时,托盘秤的示数如图乙所示,该示数为 kg。(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12345m/kg1.801.751.851.751.90(4)根据以上数据,可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为 N;小车通过最低点时的速度大小为 m/s。(重力加速度大小取9.80 m/s2,计算结果保留两位有效数字)答案:(2)1.40(4)7.91.4解析:(2)根据有效数字读数规则可知,托盘秤的示数为1.40kg;(4)托盘秤示数的平均值为1.80+1.75+1.85+1.75+1.905kg=1.81kg,则小车经过最低点时对桥的压力FN=(1.81-1.00)9.80N=7.9N由题意知,小车的质量m=1.40kg-1.00kg=0.40kg,设小车过最低点时的速度为v,根据牛顿第二定律有FN-mg=mv2R,解得v=1.4m/s。4.(16分)某实验小组利用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。小钢球自由下落过程中,计时装置测出小钢球先后通过光电门A、B的时间分别为tA、tB,用小钢球通过光电门A、B的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h,当地的重力加速度为g,小钢球所受空气阻力可忽略不计。甲乙(1)先用游标卡尺测量钢球的直径,读数如图乙所示,钢球直径为d=cm。(2)要验证机械能是否守恒,只要比较与是否相等。(3)实验中小钢球通过光电门的平均速度(选填“大于”或“小于”)小钢球球心通过光电门时的瞬时速度,导致动能增加量Ek总是稍(选填“大于”或“小于”)重力势能减少量Ep,且随小钢球下落起始高度的增加,误差越来越(选填“大”或“小”)。答案:(1)0.860(2)d22tB2-d22tA2gh(3)小于小于大解析:(1)d=8mm+0.0512mm=8.60mm=0.860cm。(2)比较mgh与12mv22-12mv12。质量可以消去,且初、末速度已求出,因此比较gh与d22tB2-d22tA2。(3)由于小钢球做匀加速直线运动,平均速度等于中间时刻的速度,中间时刻的速度小于中间位置的速度,因此平均速度小于小钢球球心通过光电门时的瞬时速度,从而导致动能增加量小于重力势能减少量;当起始高度增加,v1、v2都增加,从而平均速度与中点的速度差距越来越大。5.(18分)某实验小组采用如图所示的装置探究动能定理,图中小车中可放置砝码。实验中,小车碰到制动装置时,钩码尚未到达地面,打点计时器工作频率为 50 Hz。(1)实验的部分步骤如下:在小车中放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线连接小车和钩码。将小车停在打点计时器附近,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一列点,。改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复的操作。(2)下图是钩码质量为0.03 kg、砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点,可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表格中的相应位置。纸带的结果测量点x/cmv/(ms-1)O0.000.35A1.510.40B3.200.45CD7.150.54E9.410.60(3)在小车的运动过程中,对于钩码、砝码和小车组成的系统,做正功,做负功。(4)实验小组根据实验数据绘出了下图中的图线(其中v2=v2-v02),根据图线可获得的结论是。要验证“动能定理”,还需测量的物理量是摩擦力和。答案:(1)接通电源释放小车断开开关(2)5.09(5.055.10)0.49(0.480.50)(3)钩码的重力摩擦力(4)小车初、末速度的二次方差与位移成正比小车质量解析:(1)实验中应先接通电源,让打点计时器开始打点,再释放小车,在纸带上打出一系列点,最后断开开关,停止打点。(2)小车做匀加速直线运动,从刻度尺中读出xC=5.09cm(分度值为1mm,再估读一位),C点速度等于B、D两点间的平均速度即vC=BD4T=0.49m/s。(3)在移动过程中钩码受的重力是动力,其重力做正功,小车受的摩擦力做负功。(4)v2-x图像是过原点的倾斜直线,说明v2与x成正比关系,即小车初、末速度的二次方差与位移x成正比关系,v2=kx,由12mv2-12mv02=(m钩码g-Ff)x,式中m为小车和砝码的总质量,要验证上式成立还需测出摩擦力Ff和小车质量m车。6.(18分)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤:甲将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上,使其轴线沿竖直方向。如图甲所示,将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上,另一端用圆珠笔尖竖直向下拉,直到弹簧测力计示数为某一设定值时,将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2,记录弹簧测力计的示数F,测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧测力计示数改变0.50 N,测出所对应的l,部分数据如下表所示:F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05找出中F=2.50 N时橡皮筋两端的位置,重新标记为O、O,橡皮筋的拉力记为FOO。在弹簧测力计挂钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在弹簧测力计挂钩上,如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端,使弹簧测力计挂钩的下端达到O点,将两笔尖的位置标记为A、B,橡皮筋OA段的拉力记为FOA,OB段的拉力记为FOB。乙完成下列作图和填空:(1)利用表中数据画出F-l图线,根据图线求得l0= cm。(2)测得OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则FOA的大小为 N。(3)根据给出的标度,作出FOA和FOB的合力F的图示。(4)通过比较F与的大小和方向,即可得出实验结论。答案:(1)如图甲所示10.0(9.810.1均正确)甲乙(2)1.80(1.701.90均正确)(3)如图乙所示(4)FOO解析:(1)作出F-l图线,由F=k(l-l0)可得,直线与横轴的截距即为l0,由图可知,l0=10.0cm。(2)由题干表格可知,F=1.50N时,l=13.00cm,则橡皮筋的劲度系数k=FL=50N/m;若OA=6.00cm,OB=7.60cm,则橡皮筋拉力FOA=kL=50(6.00+7.60-10.00)10-2N=1.80N。(3)见答案图乙。(4)由图可知F为作图法所得到的合力,FOO等于真实合力,F与FOO不完全重合,存在一定误差,但在误差允许范围内,可得出实验结论。9
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