PAGE5-熱點14力學(xué)創(chuàng)新實驗(建議用時：20分鐘)1.某同學(xué)用如圖甲所示裝置測小滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)．實驗過程如下：一輕質(zhì)彈簧放置在粗糙水平固定桌面MN上，彈簧左端固定，彈簧處于原長時，彈簧右端恰好在桌面邊緣處，現(xiàn)用一個小滑塊壓縮彈簧并用鎖扣鎖?。阎?dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，彈簧的勁度系數(shù)為k.(1)實驗中涉及下列操作步驟：①用天平測量出小滑塊的質(zhì)量m，查出勁度系數(shù)為k的彈簧的形變量為x時的彈性勢能的大小為Ep＝eq\f(1,2)kx2.②測量桌面到地面的高度h和小滑塊拋出點到落地點的水平距離s.③測量彈簧壓縮量x后解開鎖扣．④計算小滑塊與水平桌面間的動摩擦因數(shù)．Ⅰ.上述步驟正確的操作順序是____________(填入代表步驟的序號)．Ⅱ.上述實驗測得小滑塊與水平桌面間的動摩擦因數(shù)的大小為____________．(2)再通過更換材料完全相同、但大小和質(zhì)量不同的滑塊重復(fù)操作，得出一系列滑塊質(zhì)量m與它拋出點到落地點的水平距離s.根據(jù)這些數(shù)值，作出s2－eq\f(1,m)圖象，如圖乙所示．由圖象可知，滑塊與水平桌面之間的動摩擦因數(shù)μ＝__________；每次彈簧被壓縮時具有的彈性勢能大小是____________．(用b，a，x，h，g表示)2.(2019·青島二模)如圖所示，某實驗小組同學(xué)利用DIS實驗裝置研究支架上力的分解，A、B為兩個相同的雙向力傳感器，該型號傳感器在受到拉力時讀數(shù)為正，受到壓力時讀數(shù)為負(fù)．A連接質(zhì)量不計的細(xì)繩，可沿固定的板做圓弧形移動．B固定不動，通過光滑鉸鏈連接長0.3m的桿．將細(xì)繩連接在桿右端O點構(gòu)成支架．保持桿在水平方向，按如下步驟操作：①測量繩子與水平桿的夾角∠AOB＝θ②對兩個傳感器進(jìn)行調(diào)零③用另一根繩在O點懸掛一個鉤碼，記錄兩個傳感器的讀數(shù)④取下鉤碼，移動傳感器A改變θ角重復(fù)上述實驗步驟，得到表格.F11.0010.580…1.002…F2－0.868－0.291…0.865…θ30°60°…150°… (1)根據(jù)表格，A傳感器對應(yīng)的是表中力________(選填“F1”或“F2”)．鉤碼質(zhì)量為________kg(g取10m/s2，保留1位有效數(shù)字)．(2)本實驗中多次對傳感器進(jìn)行調(diào)零，對此操作說明正確的是________．A．因為事先忘記調(diào)零B．何時調(diào)零對實驗結(jié)果沒有影響C．為了消除橫桿自身重力對結(jié)果的影響D．可以完全消除實驗的誤差3．(2019·全國押題卷二)甲、乙同學(xué)均設(shè)計了測動摩擦因數(shù)的實驗，已知重力加速度為g.(1)甲同學(xué)設(shè)計的實驗裝置如圖甲所示，其中A為置于水平面上的質(zhì)量為M的長直木板，B為木板上放置的質(zhì)量為m的物塊，C為物塊右端連接的一個輕質(zhì)彈簧測力計，連接彈簧的細(xì)繩水平，實驗時用力向左拉動A，當(dāng)C的示數(shù)穩(wěn)定后(B仍在A上)，讀出其示數(shù)F，則該設(shè)計能測出________(填“A與B”或“A與地面”)之間的動摩擦因數(shù)，其表達(dá)式為μ＝________．(2)乙同學(xué)的設(shè)計如圖乙所示，他在一端帶有定滑輪的長木板上固定A、B兩個光電門，與光電門相連的計時器可以顯示帶有遮光片的物塊在其間的運動時間，與跨過定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩相連的輕質(zhì)測力計能顯示掛鉤處所受的拉力，長木板固定在水平面上，物塊與滑輪間的細(xì)繩水平，實驗時，多次改變沙桶中沙的質(zhì)量，每次都讓物塊從靠近光電門A處由靜止開始運動，讀出多組測力計示數(shù)F及對應(yīng)的物塊在兩光電門之間的運動時間t；在坐標(biāo)系中作出F－eq\f(1,t2)的圖線如圖丙所示，圖線的斜率為k，與縱軸的截距為b，因乙同學(xué)不能測出物塊質(zhì)量，故該同學(xué)還應(yīng)該測出的物理量為________(填所測物理量及符號)．根據(jù)所測物理量及圖線信息，可知物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)表達(dá)式為μ＝________．4.某興趣小組的同學(xué)用如圖甲所示裝置驗證機(jī)械能守恒定律，輕繩一端固定在光滑固定轉(zhuǎn)軸O處，另一端系一小球．(1)小明同學(xué)在小球運動的最低點和最高點附近分別放置了一組光電門，用螺旋測微器測出了小球的直徑，如圖乙所示，則小球的直徑d＝________mm.使小球在豎直面內(nèi)做圓周運動，測出小球經(jīng)過最高點的擋光時間為Δt1，經(jīng)過最低點的擋光時間為Δt2.(2)小軍同學(xué)在光滑水平轉(zhuǎn)軸O處安裝了一個拉力傳感器，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間.現(xiàn)使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動，通過拉力傳感器讀出小球在最高點時繩上的拉力大小是F1，在最低點時繩上的拉力大小是F2.(3)如果要驗證小球從最低點到最高點機(jī)械能守恒，小明同學(xué)還需要測量的物理量有________(填字母代號)．小軍同學(xué)還需要測量的物理量有________(填字母代號)．A．小球的質(zhì)量mB．輕繩的長度lC．小球運行一周所需要的時間T(4)根據(jù)小明同學(xué)的思路，請你寫出驗證小球從最低點運動到最高點的過程中機(jī)械能守恒的表達(dá)式：_________________________________________________.(5)根據(jù)小軍同學(xué)的思路，請你寫出驗證小球從最低點運動到最高點的過程中機(jī)械能守恒的表達(dá)式：_________________________________________________.熱點14力學(xué)創(chuàng)新實驗1．解析：(1)Ⅱ.由平拋運動規(guī)律，s＝vt，h＝eq\f(1,2)gt2，解得v＝seq\r(\f(g,2h)).設(shè)彈簧被壓縮時的彈性勢能為Ep，由功能關(guān)系可知Ep－μmgx＝eq\f(1,2)mv2，而Ep＝eq\f(1,2)kx2，解得μ＝eq\f(kx,2mg)－eq\f(s2,4hx).(2)Ep－μmgx＝eq\f(1,2)mv2，而v＝seq\r(\f(g,2h))，有Ep＝μmgx＋eq\f(mgs2,4h)，對照題給s2－eq\f(1,m)圖象，變形得s2＝eq\f(4hEp,g)·eq\f(1,m)－4μhx.由s2－eq\f(1,m)圖象可知，圖線斜率eq\f(b,a)＝eq\f(4hEp,g)，圖線在縱軸上的截距b＝4μhx，解得滑塊與水平桌面之間的動摩擦因數(shù)μ＝eq\f(b,4hx)；彈性勢能大小為Ep＝eq\f(bg,4ha).答案：(1)Ⅰ.①③②④Ⅱ.eq\f(kx,2mg)－eq\f(s2,4hx)(2)eq\f(b,4hx)eq\f(bg,4ha)2．解析：(1)A傳感器中的力均為拉力，為正值，故A傳感器對應(yīng)的是表中力F1，平衡時，mg＝F1sinθ，當(dāng)θ＝30°時，F(xiàn)1＝1.001N，可求得m＝0.05kg.(2)在掛鉤碼之前，對傳感器進(jìn)行調(diào)零，是為了消除橫桿自身重力對結(jié)果的影響，故C正確．答案：(1)F10.05(2)C3．解析：(1)當(dāng)A達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，B處于靜止?fàn)顟B(tài)，彈簧測力計的讀數(shù)F與B所受的滑動摩擦力f大小相等．B對木塊A的壓力大小等于B的重力mg，由f＝μFN得：μ＝eq\f(F,mg)，由C上讀取F，即可求出A與B間的動摩擦因數(shù)μ；(2)小車由靜止開始做勻加速運動，根據(jù)勻加速直線運動位移公式得：x＝eq\f(1,2)at2，解得：a＝eq\f(2x,t2)，根據(jù)牛頓第二定律得：對于小車F－μmg＝ma，則F＝μmg＋ma＝μmg＋eq\f(2mx,t2)，圖線的斜率為k＝2mx，縱軸的截距為b＝μmg，k與摩擦力是否存在無關(guān)，小車與木板間的動摩擦因數(shù)μ＝eq\f(b,mg)＝eq\f(b,\f(k,2x)g)＝eq\f(2bx,kg)，故該同學(xué)還應(yīng)該測出的物理量是光電門A、B之間的距離x.答案：(1)A與Beq\f(F,mg)(2)光電門A、B之間的距離xeq\f(2xb,kg)4．解析：(1)螺旋測微器固定刻度讀數(shù)為5.5mm，可動刻度讀數(shù)為20.0×0.01mm，故最終讀數(shù)為兩者相加，即5.700mm.(3)根據(jù)小明同學(xué)的實驗方案，小球在最高點的速度大小為v1＝eq\f(d,Δt1)，小球在最低點的速度大小為v2＝eq\f(d,Δt2)，設(shè)輕繩長度為l，則從最低點到最高點依據(jù)機(jī)械能守恒定律有eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))eq\s\up12(2)＋mg·2l＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))eq\s\up12(2)，化簡得eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))eq\s\up12(2)－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))eq\s\up12(2)＝4gl，所以小明同學(xué)還需要測量的物理量是輕繩的長度l；根據(jù)小軍同學(xué)的實驗方案，設(shè)小球做圓周運動的半徑為r，則小球在最低點有F2－mg＝meq\f(veq\o\al(2,2),r)，在最高點有F1＋mg＝meq\f(veq\o\al(2,1),r)，從最低點到最高點依據(jù)機(jī)械能守恒定律有eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＋2mgr，聯(lián)立方程化簡得F2－F1＝6mg，所以小軍同學(xué)還需要測量的物理量就是小球的質(zhì)量m.(4)由(3)可知，根據(jù)小明同學(xué)的思路，驗證小球從最低點運動到最高點的過程中機(jī)械能守恒的表達(dá)式為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))eq\s\up12(2)－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))eq\s\up12(2)＝